EP4337911A1 - Messvorrichtung, fertigungsvorrichtung mit einer solchen messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer fertigungsvorrichtung zum generativen fertigen eines bauteils aus einem pulvermaterial - Google Patents

Messvorrichtung, fertigungsvorrichtung mit einer solchen messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer fertigungsvorrichtung zum generativen fertigen eines bauteils aus einem pulvermaterial

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EP4337911A1
EP4337911A1 EP22725426.5A EP22725426A EP4337911A1 EP 4337911 A1 EP4337911 A1 EP 4337911A1 EP 22725426 A EP22725426 A EP 22725426A EP 4337911 A1 EP4337911 A1 EP 4337911A1
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EP
European Patent Office
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coordinate system
area
interest
measuring device
construction
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Valentin BLICKLE
Julia Peters
Marc GRONLE
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Trumpf Laser und Systemtechnik SE
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a measuring device, a manufacturing device with such a measuring device and a method for operating a manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a powder material.
  • a component to be manufactured must be arranged very precisely, ie with high spatial accuracy, in a work area of an additive manufacturing device used to manufacture the component. This is particularly the case in the production of so-called hybrid components, in which an additively manufactured area is built up on a conventionally manufactured preform.
  • the accuracy of the alignment of the area to be newly produced relative to the preform often decides whether the hybrid manufacturing method can at all provide the accuracy required for the subsequent use of the component.
  • a hybrid milling head with internal cooling channels must be positioned with a deviation of less than 50 pm in order to avoid that the resulting component - which rotates in the later application - has too great an imbalance. Optimization on different length scales is necessary for correct positioning of the component to be manufactured within the working area. It is hardly possible or only possible with a great deal of effort to solve the optimization tasks described above on different length scales with high accuracy and efficiency.
  • the invention is based on the object of providing a measuring device, a manufacturing device with such a measuring device and a method for operating a manufacturing device for to create 2 generative manufacturing of a component from a powder material, wherein the disadvantages mentioned are at least reduced, preferably do not occur.
  • the object is achieved in particular by creating a measuring device for aligning a construction plan coordinate system with a construction level coordinate system of a work area of an additive manufacturing device arranged in a construction level, the measuring device having a first sensor device that is set up to measure a first detection area of the work area to detect with a first measurement accuracy.
  • the measurement device also includes a selection module configured to select at least one area of interest within the first detection area.
  • the measuring device has a second sensor device which is set up to detect the at least one selected area of interest with a second measuring accuracy, the second measuring accuracy being higher than the first measuring accuracy.
  • the measurement device includes an alignment module configured to determine at least one orientation of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system selected from an angular orientation and a translational orientation based on the sensed area of interest.
  • the measuring device advantageously allows a very precise alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system, which makes it possible in particular to build up areas of components to be generatively produced with high accuracy on conventionally produced preforms and thus to produce hybrid components with high quality.
  • the first sensor device in particular advantageously enables a comparatively large detection area, preferably the entire working area, to be detected on a first, larger length scale, with the at least one area of interest being able to be selected within this detection area by means of the selection module.
  • the second sensor device then enables the region of interest to be recorded locally, preferably on a smaller length scale, with greater measurement accuracy.
  • an overall overview can first be obtained, in which case relevant areas in particular can then be recorded with greater accuracy.
  • the alignment module it is advantageously possible to align the building plan coordinate system relative to the building level coordinate system, in particular using the area of interest recorded with greater measurement accuracy, 3 so that overall—with nevertheless advantageously limited effort—high accuracy is obtained for the alignment of the coordinate systems relative to one another.
  • the measuring device proposed here enables a sensor fusion of the first sensor device with the second sensor device, in particular preferably a multiscale sensor fusion, in particular on different length scales.
  • a construction plan coordinate system is understood to mean, in particular, a coordinate system of the component to be manufactured.
  • the component to be manufactured is initially defined by means of a manufacturing data record in the construction plan coordinate system, and when the manufacturing data record is used in the generative manufacturing device, the construction plan coordinate system corresponds to a machine coordinate system of the generative manufacturing device.
  • the machine coordinate system includes those coordinates with which the manufacturing device - in particular a scanner device for the displacement of an optical work ei ts beam - is controlled in order to manufacture the component to be manufactured.
  • a construction level coordinate system is understood in particular to mean a coordinate system that is spanned in the construction level of the production device and fixed relative to the work area.
  • the position of at least one preform arranged in the work area is also fixed in the building plane coordinate system;
  • the at least one preform to define the building level coordinate system, for example to establish the origin of the building level coordinate system.
  • the construction level coordinate system is fixed relative to a substrate plate held on or in the production device in an exchangeable manner or is defined by the substrate plate.
  • the construction plan coordinate system and the construction level coordinate system can fall apart even with previous calibration, in particular due to misalignment or thermal effects in the generative manufacturing device; in particular, they can drift relative to one another when the production device heats up or cools down.
  • a substrate plate on which a component is generatively manufactured to expand thermally, in particular when it is preheated, for example to 200° C. or 500° C.
  • An alignment of the coordinate systems relative to each other before the start of production thus increases their quality in any case. Furthermore, it is possible that not with sufficiently high 4
  • a measurement accuracy of a sensor device is understood to mean, in particular, a combination of a precision determined in particular by the resolution of the sensor device and a correctness of the detection by the sensor device, which is influenced in particular by a so-called registration error.
  • the precision describes a scatter of the measured values around a mean value, with the precision being high when the scatter is low.
  • Accuracy describes a deviation of the mean value of the measured values from an assumed true value, in particular from a location in the machine coordinate system.
  • a registration error of the sensor device is in particular a deviation of a sensor coordinate system of the sensor device from the machine coordinate system.
  • the correctness thus depends directly on the registration error; the correctness is particularly high when there is no registration error and the sensor coordinate system matches the machine coordinate system.
  • Measurement accuracy is high when both precision and trueness are high.
  • Measurement accuracy is low when either precision or accuracy is low, or when precision and accuracy are low.
  • the second measurement accuracy can be higher than the first measurement accuracy by the precision of the second sensor device being higher than the precision of the first sensor device with the same accuracy, or by the accuracy of the second sensor device being higher than the accuracy of the first sensor device with the same precision, or by both the precision and the correctness of the second sensor device are higher than the precision and the correctness of the first sensor device.
  • the second measurement accuracy is higher than the first measurement accuracy by a factor of at least 2, preferably at least 3.
  • a second geometric resolution of the second sensor device is preferably higher than a first geometric resolution of the first sensor device by a factor of at least 2 to preferably at most 10, preferably from at least 3 to preferably at most 5.
  • the first sensor device has a geometric resolution of at least 30 gm to a maximum of 500 gm, preferably from at least 100 gm to a maximum of 400 5 mih, preferably up to a maximum of 300 gm, preferably up to a maximum of 200 gm.
  • the second sensor device has a geometric resolution of at least 10 gm to at most 50 gm, preferably at least 20 gm to at most 40 gm, preferably up to at most 30 gm.
  • the first sensor device is set up to detect the entire working area of the production device as the first detection area.
  • the first sensor device it is possible in a preferred embodiment for the first sensor device to be set up to detect the first detection area—as an area that is smaller than the working area—within the working area.
  • an area of interest is understood to mean, in particular, what is known as a region of interest (ROI).
  • ROI region of interest
  • the selection module is set up to select a plurality of areas of interest within the first detection area.
  • the areas of interest can be spaced apart from one another or at least border on one another in areas. It is also possible that the areas of interest at least partly overlap with each other.
  • the area of interest is preferably a second detection area within the first detection area.
  • an angular orientation is understood in particular as at least one angle by which the construction plan coordinate system is rotated relative to the construction level coordinate system.
  • a translational alignment is understood to mean, in particular, a linear distance by which the construction plan coordinate system is shifted relative to the construction level coordinate system—or vice versa.
  • the displacement preferably relates to the origins of the coordinate systems.
  • the alignment of the coordinate systems is determined relative to one another is preferably understood to mean that the coordinate systems are aligned with one another, ie 6 in particular that the determined displacement and/or rotation is corrected.
  • an offset that is to say the displacement and/or rotation, between the coordinate systems is preferably determined, further processing, in particular manufacture of the component to be manufactured, then taking place on the basis of the offset determined; this means in particular that the determined offset is taken into account in the further processing, in particular is calculated out.
  • the measuring device preferably has a plurality of second sensor devices, in particular if the manufacturing device has a plurality of working beams for the additive manufacturing of the component to be manufactured.
  • a second sensor device is preferably assigned to each working beam, or each working beam is part of a second sensor device.
  • a module can preferably be implemented in terms of hardware, but also in terms of software in the measuring device.
  • the functionality of a module can preferably be implemented in hardware and/or software in the measuring device.
  • the module does not necessarily have to be a separate device or structure that can be physically or mentally separated.
  • a module can in particular have a plurality of sub-modules.
  • a module is preferably a software unit.
  • generative manufacturing is to be understood in particular as additive manufacturing of a component.
  • the generative manufacturing device is accordingly set up in particular to carry out at least one of the aforementioned generative manufacturing methods.
  • the alignment module is set up to determine the angular alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system using at least one detected area that is selected from a group consisting of the detected first detection area and the captured 7
  • the alignment module is configured to determine the translational orientation of the building plan coordinate system relative to the building plan coordinate system based on the sensed area of interest.
  • at least the translational alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system is thus determined using the detected area of interest.
  • the translation alignment can be determined with a particularly high level of accuracy based on the detected area of interest, since the second measurement accuracy is higher than the first measurement accuracy, with high measurement accuracy being particularly advantageous for determining the translation alignment.
  • the angular orientation can optionally also be determined based on the detected area of interest or based on the first detection area.
  • the first, lower measurement accuracy is sufficient for the required accuracy when determining the angular orientation.
  • the angular alignment can be determined with high precision on a larger length scale, for example based on the course of complete edges running through the detection area, the angular alignment can also be determined based on the first detection area.
  • the first detection area is preferably used essentially or even exclusively to select, in particular to identify and select, the at least one area of interest.
  • the alignment module is set up to recognize at least one position determination feature of at least one preform arranged in the work area.
  • the alignment module is also set up to define a geometric position of the at least one position determination feature relative to at least one coordinate system, wherein the at least one coordinate system is selected from a group consisting of the construction level coordinate system and the construction plan coordinate system.
  • the alignment module is set up to align the construction plan coordinate system relative to the at least one position determination feature.
  • there is an implicit alignment of the building plan coordinate system with the building level coordinate system it being possible for the building level coordinate system to be defined in particular by the position determination feature.
  • the preform arranged in the working area and thus also in the construction plane with the at least one position determination feature preferably spans the construction plane coordinate system.
  • the at least one position determination feature is a bore in the preform that can be detected by means of the first sensor device and/or by means of the second sensor device. Such a bore can be detected in a preferred manner, in particular by means of image recognition.
  • the at least one position determination feature is an edge of the preform that can be detected by means of the first sensor device and/or by means of the second sensor device.
  • an edge is to be understood in particular as an edge that can be recognized by a machine, in particular an edge that can be recognized using an edge detection algorithm.
  • edge detection enables the position of the preform to be determined in a very precise and at the same time not very complex manner.
  • the edge can in particular be a hole edge of a hole in the preform.
  • the at least one position determination feature is preferably a marking provided on a surface of the preform. In this way, too, a very high level of accuracy in determining the position of the preform can be achieved.
  • the surface of the preform on which the marking is arranged faces in particular the first sensor device and/or the second sensor device. In particular, it is an upper side of the preform.
  • a marking on a surface of the preform preferably introduces at least one edge there, which can then in turn be detected by means of edge detection, in particular automatically.
  • the first sensor device is designed as an optical sensor device that is set up to record an optical image of the first detection area.
  • the first sensor device preferably has at least one camera.
  • the first sensor device, in particular the at least one camera is preferably a component of a powder bed monitoring device of a manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a powder material, in particular a powder bed camera.
  • An optical sensor device can in particular have a geometric resolution of at least 30 ⁇ m to at most 500 ⁇ m, preferably from at least 100 ⁇ m to at most 400 ⁇ m, preferably up to at most 300 ⁇ m, preferably up to at most 200 ⁇ m.
  • the second sensor device is set up to control a scanner device for displacing an optical work beam of the additive manufacturing device in the work area in order to generate signal values from an interaction area of the optical work beam in the work area to detect electromagnetic radiation in a location-dependent manner, a signal value being assigned to each location of the displacement of the optical working beam in the working area, and to obtain an image of the working area from the signal values recorded in a location-dependent manner.
  • a second sensor device designed in this way advantageously has a very high measurement accuracy.
  • a second sensor device configured in this way can have a high resolution and/or a very small, preferably even vanishing, registration error.
  • a manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material which uses an optical working beam for additive manufacturing, advantageously does not require any complex additional devices to implement the second sensor device, since the scanner device for shifting the optical working beam is required provided in the work area anyway.
  • a second sensor device configured in this way can in particular have a geometric resolution of at least 10 ⁇ m to at most 50 ⁇ m, preferably from at least 20 ⁇ m to at most 40 ⁇ m, preferably to at most 30 ⁇ m. 10
  • An optical working beam is to be understood in particular as directed electromagnetic radiation, continuous or pulsed, which is suitable in terms of its wavelength or a wavelength range for the additive manufacturing of a component from powder material, in particular for sintering or melting the powder material.
  • an optical working beam means a laser beam that can be generated continuously or in a pulsed manner.
  • the optical working beam preferably has a wavelength or a wavelength range in the visible electromagnetic spectrum or in the infrared electromagnetic spectrum, or in the overlap region between the infrared range and the visible range of the electromagnetic spectrum.
  • An interaction area of the optical working beam in the working area is understood to mean, in particular, a local area of the working area in which the optical working beam momentarily interacts with material, in particular powder material, arranged in the working area.
  • electromagnetic radiation emanating from the interaction area means in the context of the present technical teaching that electromagnetic radiation emitted from the interaction area, in particular electromagnetic radiation emitted from the interaction area or electromagnetic radiation remitted from the interaction area, is detected.
  • Electromagnetic radiation emitted from the interaction area is understood to mean electromagnetic radiation which—independently of a specific physical mechanism—emanates from the interaction area due to the irradiation of the optical working beam into the interaction area.
  • Electromagnetic radiation emitted from the interaction area is understood to mean electromagnetic radiation which is emitted due to the interaction with the optical working beam in the interaction area—in particular as thermal radiation or as luminescence, in particular fluorescence or phosphorescence.
  • Electromagnetic radiation remitted from the interaction area is understood to mean electromagnetic radiation which is reflected and/or scattered—in particular by a surface in the interaction area.
  • reflection 11 is understood in the narrower sense as directed reflection, while “scattering” is understood to mean diffuse reflection, in particular in accordance with Lamberf's law.
  • the signal values are in particular recorded point-by-point, in particular one-dimensionally, depending on the location. Precisely one signal value is therefore preferably assigned to each location of the displacement of the optical working beam. Such a signal value is in particular a brightness value.
  • an image of the work area is understood to mean, in particular, a two-dimensional image of the work area, in particular the at least one selected area of interest of the work area.
  • the image is obtained in particular by being composed, calculated or formed in some other way from the location-dependent detected signal values.
  • the optical working beam for detecting the working area is operated with an optical output power that is lower than a lower power limit for the optical output power of the optical working beam for additive manufacturing.
  • the lower power limit is selected in particular such that a material change, in particular sintering or melting, in particular of the powder material of the generative manufacturing device, only occurs above this lower power limit or above this lower power limit, so that generative manufacturing with the optical working beam is possible.
  • the optical output power of the optical working beam is therefore preferably chosen to be higher than the lower power limit for additive manufacturing.
  • the same optical working beam is used—except for the reduction of the optical output power if necessary—both for the additive manufacturing and for the detection of the at least one selected area of interest.
  • the lower power limit is 100 W, preferably 90 W, preferably 85 W. 12 preferably operated up to a maximum of 89.9 W, preferably up to a maximum of 84.9 W, in particular from at least 2 W to a maximum of 50 W.
  • the optical working beam is preferably operated with an optical output power of at least 90 W, preferably at least 100 W, preferably more than 100 W, preferably from at least 90 W to at most 500 W.
  • edge detection is possible, in particular based on sharp jumps in the signal values detected as a function of location.
  • the radiation behavior of the preform changes discontinuously at an edge.
  • the preform is surrounded by powder material, namely working powder of the additive manufacturing device, or is embedded in powder material, with a surface of the preform facing the scanner device not being covered by powder material. If the optical working beam exceeds an edge of this surface, the beam behavior changes, in particular from strong scattering by the powder material to at least more directional reflection on the surface of the preform—or vice versa.
  • the signal value typically has a higher level, in particular a higher or lower brightness—depending on the type of detection—when the light of the optical working beam is backscattered diffusely than when it is essentially reflected.
  • a working powder is understood to mean a powder material which is used in the generative manufacturing device or by the generative manufacturing device for producing a component from the powder material.
  • the method is particularly preferably carried out with a roughened surface of the preform, with the surface particularly preferably being blasted with sand, corundum or glass beads.
  • the surface of the preform can have matt, diffusely scattering optical properties, so that it does not simply appear dark in the image of the working area—possibly with individual highlights—but rather is easily recognizable.
  • the roughness of the surface is suitably adjusted, there is nevertheless an excellent contrast to any powder material arranged in the vicinity of the surface. For example, it may also be possible in this way to increase the signal value from the roughened surface above the level of the signal value of the scattering of the powder material.
  • the second sensor device has a detection device arranged on the optical axis of the optical working beam 13 and is set up to detect the signal value in a location-dependent manner, in that an output signal of the detection device is assigned to a synchronous state of the scanner device as a function of time.
  • the second sensor device advantageously has no registration error, since the measurement is carried out directly in the coordinate system of the optical working beam and thus in the machine coordinate system.
  • the second measurement accuracy can even be higher than the first measurement accuracy if the resolution of the second sensor device should be lower than the resolution of the first sensor device.
  • the second sensor device preferably also has a higher resolution than the first sensor device.
  • the detection of the signal values i.e. here the output signal of the detection device, and the displacement of the optical working beam by appropriate control of the scanner device takes place in particular synchronously, so that each signal value can be assigned a status of the scanner device and thus at the same time a location in the working area.
  • the state of the scanner device is in particular a position of at least one movable mirror of the scanner device, in particular a galvanometric mirror, which in turn is assigned to a location in the work area at which the optical working beam is directed.
  • the spatially resolved detection of the signal values thus takes place directly in the coordinate system of the scanner device and thus in the machine coordinate system.
  • the second sensor device preferably has a deflecting mirror, via which the optical working beam is deflected, with the reflectivity of the deflecting mirror being less than 100%, so that a proportion of the electromagnetic radiation emitted along the optical axis passes through the deflecting mirror and onto the area arranged behind the deflecting mirror detection device falls.
  • the optical working beam it is also possible for the optical working beam to be sent through the Elm deflection mirror, which then has a transmissivity of less than 100%, in which case the detection device is arranged in such a way that the emitted electromagnetic radiation is partially deflected by the deflection mirror and of the detection device.
  • the optical working beam it is also preferably possible for the optical working beam to pass through an opening in a deflection mirror, with the radiated electromagnetic radiation being at least partially deflected by the surface of the deflection mirror surrounding the opening and guided to the detection device.
  • a so-called scraper mirror can be used.
  • the deflection mirror is set up to deflect the optical working beam and to transmit the emitted electromagnetic radiation, it preferably has a reflectivity of at least 99% to at most 99.98%. If the deflection mirror is set up to transmit the optical working beam and to reflect the radiated electromagnetic radiation, it preferably has a transmissivity of at least 99% to at most 99.98%.
  • the optical working beam is preferably linearly polarized.
  • the polarization is at least partially destroyed by the radiation in the interaction region, the direction of polarization perpendicular to the incident working beam then containing only the emitted signal.
  • the polarization beam splitter thus preferably reflects the incident electromagnetic radiation of the optical working beam that is linearly polarized with a specific polarization direction and transmits the polarization direction perpendicular to the specific polarization direction—or vice versa.
  • the detection device is preferably designed as a photodiode or has at least one photodiode.
  • a silicon photodiode is preferably used as the photodiode. It is possible that the photodiode is sensitive in the visible and/or infrared spectral range. The sensitivity of the photodiode is preferably matched to the wavelength range of the optical working beam.
  • An infrared photodiode or a pyrometer diode can be used in a preferred manner.
  • the second sensor device has a thermal imaging camera that is arranged and set up to capture the work area.
  • the second sensor device is set up to acquire the signal value in a location-dependent manner by recording a thermal image with the thermal imaging camera.
  • the registration error of the second sensor device can be very small or even disappear, in that the respective position of the optical working beam is advantageously derived from the recorded thermal image.
  • a predetermined intensity profile of the optical working beam for example a Gaussian profile, can be adapted, i.e. fitted, to an intensity profile of the detected thermal radiation recorded in the thermal image, with a current position of the optical working beam being associated with a maximum of the detected intensity curve adapted predetermined intensity profile can be identified.
  • the second sensor device can therefore have a higher measurement accuracy than the first sensor device even if its resolution is lower than the resolution of the first sensor device; in particular even when the resolution of the thermal imaging camera is lower than the resolution of an optical camera of the first sensor device.
  • the resolution of the second sensor device is preferably higher than the resolution of the first sensor device.
  • the selection module is set up to automatically select the at least one area of interest. This advantageously saves an operator of the measuring device from having to make a manual selection.
  • the selection module is set up to provide a user interface that enables a selection of the at least one area of interest by a user of the measuring device. This advantageously allows the operator of the measuring device greater freedom in the selection of the at least one area of interest.
  • the measuring device preferably has the user interface.
  • the alignment module is set up to automatically determine at least one alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system, which is selected from a group consisting of the angular alignment and the translational alignment. This advantageously saves an operator of the measuring device from having to manually determine the at least one alignment.
  • the alignment module is set up to provide a user interface that at least one alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction plane coordinate system, which is selected from a group consisting of the angular orientation and the translational orientation, by a user of the measuring device allows. This advantageously allows the operator of the measuring device greater freedom in determining the at least one alignment.
  • the measuring device preferably has the user interface.
  • the measuring device has a display module that is set up to calculate an overall display of the at least one selected area of interest in the first detection area.
  • the overall display advantageously allows both an overview of the first detection area and a detailed view of the at least one area of interest in the same display.
  • the display module is preferably set up to calculate the overall display by overlaying a first display of the first detection area with a second display of the area of interest.
  • a degree of fading of the first display with the second display can preferably be set, preferably variably set, particularly preferably—particularly variably—specifiable by a user.
  • the display module is preferably set up to calculate the overall display by offsetting the first display of the first detection area with the second display of the area of interest to form the overall display. This advantageously allows a particularly precise representation of the area of interest in the overall representation.
  • the display module is set up to calculate an AR display of the work area in such a way that the AR display shows the overall display in the work area, in particular in an optical recording - recorded in particular in real time of the working area, is displayed.
  • An AR representation is understood to mean a representation based on the principle of augmented reality (AR).
  • the AR display advantageously enables a user to view the overall display within the real work area, particularly in real time.
  • the overall display in the working area in particular in the optical recording of the working area, is preferably displayed by overlaying the overall display with the working area, in particular with the optical recording of the working area.
  • the display module is set up to display at least one coordinate system in the overall display or in the AR display, which is selected from a group consisting of the building level coordinate system and the building plan coordinate system. to represent. This advantageously allows a user to have a precise overview of the at least one coordinate system in the context of the overall display or the AR display.
  • the display module is set up to display radiation vectors for the additive manufacturing of a component in the work area in the overall display or in the AR display. This advantageously allows a user to view and optionally directly manipulate the radiation vectors.
  • An irradiation vector is understood to mean, in particular, a continuous, preferably linear displacement of the optical working beam in the working area over a specific distance with a specific direction of displacement.
  • the irradiation vector thus includes the direction or orientation of the displacement.
  • the alignment module is set up to link position information along a coordinate extending perpendicularly to the building level with at least one coordinate system, with the at least one coordinate system being selected from a group consisting of the building level coordinate system and the blueprint coordinate system. In this way, 3D height information can advantageously be linked to the at least one coordinate system.
  • a three-dimensional position of the preform in the work area can be determined in this way, in particular for the purpose of adjustment or to determine the position of the preform relative to a substrate plate, and/or to determine a zero height position.
  • the position information along the coordinates extending perpendicularly to the construction plane can advantageously be obtained, for example, by means of strip projection or other suitable methods.
  • other information can also be linked to the at least one coordinate system, for example information about a surface texture, in particular of the at least one preform. 18
  • the alignment module is set up to align a plurality of optical working beams of the production device relative to at least one coordinate system, with the at least one coordinate system being selected from a group consisting of the building level coordinate system and the building plan coordinate system.
  • a plurality of optical working beams can advantageously be aligned relative to the at least one coordinate system and thus at the same time relative to one another, which increases the accuracy of the production of the component to be produced, in particular when the plurality of optical working beams are used to produce the same component - in particular to produce different areas of the same Component - are used.
  • a plurality of different sensor devices in particular first and/or second sensor devices
  • different and/or similar sensor devices can be merged or combined with one another.
  • each optical working beam can be associated with its own second sensor device. At the same time, registration of the various optical working beams relative to one another can thus advantageously be ensured.
  • the measuring device is preferably set up to carry out a method according to the invention described below or an embodiment of the method described below.
  • the object is also achieved by creating a manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material, which has a blasting device, the blasting device being set up to generate at least one optical working beam in order to cut a component by means of the at least one optical working Beam generative from one
  • the production device also has a work area which is arranged in a construction level and is set up for the additive manufacturing of a component from the powder material in the work area. Furthermore, the production device has at least one scanner device, which is set up to displace the at least one optical 19
  • the production device has a control device which is operatively connected to the at least one scanner device and set up to control the at least one scanner device for displacing the at least one optical working beam in the working area.
  • the production device has a measuring device according to the invention or a measuring device according to one or more of the embodiments described above. In connection with the manufacturing device, there are in particular the advantages that have already been described in connection with the measuring device.
  • the selection module, the alignment module and preferably the display module are preferably part of the control device or are implemented in the control device.
  • the functions of the selection module, the alignment module and preferably the display module are preferably implemented in the control device or are taken over by the control device.
  • the production device is preferably set up to carry out a method according to the invention described below or an embodiment of the method described below.
  • the beam device is set up to generate a plurality of optical working beams and/or the manufacturing device has a plurality of beam devices for generating a plurality of optical working beams. It is possible for a plurality of respectively assigned scanner devices to be provided for the plurality of optical working beams. However, it is also possible for the scanner device to be set up to displace a plurality of optical working beams—in particular independently of one another—on the working area. In particular, the scanner device can have a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.
  • the scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area.
  • the scanner devices proposed here are particularly suitable for shifting the optical working beam within the working area between a plurality of irradiation positions. 20
  • a working head or processing head that can be displaced relative to the working area is understood here in particular to mean an integrated component of the production device which has at least one radiation outlet for at least one optical working beam, the integrated component, i.e. the working head, as a whole along at least one displacement direction, preferably along two perpendicular to each other
  • Such a working head can, in particular, be designed in the form of a portal or be guided by a robot.
  • the working head can be designed as a robot hand of a robot.
  • the control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board.
  • the control device is an RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the version currently available on the date determining the seniority of the present property right.
  • the beam device is preferably designed as a laser.
  • the optical working beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light.
  • irradiation preferably means exposure.
  • the manufacturing device is preferably set up to carry out a method selected from a group consisting of selective laser sintering, selective laser melting, laser metal fusion (laser metal fusion - LMF), direct metal laser melting (direct metal laser Melting - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS). These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.
  • the production device has an output device which is operatively connected to the measuring device, in particular to the display module, and is set up to output at least one display calculated by the display module, which is selected from a group consisting of Overall display and the AR display.
  • the output device is designed as a screen or monitor, head-up display, or as data glasses, in particular 3D glasses. 21
  • the object is also achieved by creating a method for operating a manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material, wherein a first detection area of a working area of the manufacturing device arranged in a building plane is recorded with a first measuring accuracy. At least one area of interest within the first coverage area is selected. The at least one selected area of interest is captured with a second measurement accuracy, the second measurement accuracy being greater than the first measurement accuracy. Finally, at least one orientation of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system is determined based on the detected area of interest, wherein the at least one orientation is selected from a group consisting of an angular orientation and a translational orientation.
  • the method preferably includes at least one method step that was previously explained explicitly or implicitly in connection with the measuring device or the production device.
  • the angular orientation of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system is determined using at least one detected area that is selected from a group consisting of the detected first detection area and the detected area of interest.
  • the translational orientation of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system is determined based on the detected area of interest.
  • a geometric position of at least one preform in the building level is determined relative to at least one coordinate system, with the at least one coordinate system being selected from a group consisting of the building level coordinate system and the building plan coordinate system.
  • a component is then preferably generatively built up on the preform.
  • At least one position determination feature of the preform is recognized and the geometric position of the preform is determined by defining a geometric position of the at least one position determination feature relative to at least one of the coordinate systems 22 will.
  • the construction plan coordinate system is preferably aligned relative to the at least one position determination feature.
  • An optical sensor device that is set up to record an optical image of the first detection area is preferably used as the first sensor device.
  • a sensor device is used as the second sensor device, which is set up to control a scanner device for displacing an optical work beam of the additive manufacturing device in the work area, with signal values from an interaction area of the optical work beam in the Working area outgoing electromagnetic radiation can be detected depending on the location, with each location of the displacement of the optical working beam in the working area being assigned a signal value, and with an image of the working area being obtained from the signal values detected depending on the location.
  • the signal values are preferably detected in a location-dependent manner by means of a detection device arranged on an optical axis of the optical working beam and preferably having at least one photodiode, in that an output signal of the detection device is assigned to a synchronous state of the scanner device as a function of time.
  • the work area is preferably recorded by a thermal imaging camera, with the signal values being recorded as a function of location by recording a thermal image with the thermal imaging camera.
  • the at least one area of interest is selected automatically.
  • the at least one area of interest is selected—in particular manually—by a user of the measuring device.
  • At least one orientation of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system is automatically determined.
  • the at least one orientation is determined—in particular manually—by a user of the measuring device.
  • an overall representation of the area of interest in the detected detection area is calculated, in particular by overlaying a second representation of the area of interest to a first representation of the detected detection area, and/or in which the first representation of the detected detection area is combined with the second representation of the area of interest to form the total -Representation will be charged.
  • An AR representation of the work area is preferably calculated in such a way that the AR representation shows the entire representation in the work area, in particular in an optical recording of the work area - recorded in particular in real time - preferably by overlaying the entire representation with the work area, in particular with the optical recording of the work area.
  • At least one coordinate system selected from the building level coordinate system and the building plan coordinate system, is preferably displayed in the overall display or in the AR display.
  • radiation vectors for the additive manufacturing of a component in the work area are displayed in the AR display or in the overall display.
  • Position information is preferably linked along a coordinate extending perpendicularly to the construction plane with at least one coordinate system selected from the construction plane coordinate system and the construction plan coordinate system.
  • a plurality of optical working beams of the production device are aligned relative to at least one coordinate system selected from the construction level coordinate system and the construction plan coordinate system.
  • a laser is preferably used as the beam device.
  • the component is manufactured by a method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, selective laser melting, laser metal fusion (Laser Metal Fusion - LMF), direct metal laser melting (Direct Metal Laser Melting - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS).
  • selective laser sintering selective laser melting
  • laser metal fusion Laser Metal Fusion - LMF
  • direct metal laser melting Direct Metal Laser Melting - DMLM
  • LNSM Laser Net Shaping Manufacturing
  • LENS Laser Engineered Net Shaping
  • a metallic or ceramic powder can preferably be used as the powder material.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • Powder material with a first embodiment of a measuring device Powder material with a first embodiment of a measuring device
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • Powder material with a second embodiment of a measuring device Powder material with a second embodiment of a measuring device.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a manufacturing device 1 for additively manufacturing a component 3 from a powder material 4 with a first exemplary embodiment of a measuring device 5.
  • the manufacturing device 1 has a beam device 7 which is set up to generate at least one optical working beam 9 .
  • the manufacturing device 1 is also set up to generatively manufacture the component 3 from the powder material 4 by means of the at least one optical working beam 9 .
  • the production device 1 also has a work area 13 arranged in a construction level 11 , it being possible for the component 3 to be produced additively from the powder material 4 in the work area 13 .
  • the production device 1 has a scanner device 15 which is set up to displace the at least one optical working beam 9 in the working area 13 .
  • the manufacturing device 1 also has a control device 17, which is operatively connected to the at least one scanner device 15 and set up to control the at least one scanner device 15 for displacing the at least one optical working beam 9 in the working area 13.
  • the production facility 1 also has the measuring device 5 .
  • This is set up in order to align a building plan coordinate system with a building level coordinate system of the work area 13 .
  • the measuring device 5 has a first sensor device 19 which is set up to detect a first detection area 21 of the working area 13, in particular the entire working area 13, with a first measuring accuracy.
  • the measuring device 5 has a selection module 23 implemented in the control device 17 in the exemplary embodiment shown here, which is set up to select at least one area of interest 25 , in particular as a second detection area 27 , within the first detection area 21 .
  • the measuring device 5 has a second 25
  • the measuring device 5 also has an alignment module 31 implemented in the control device 17 in the exemplary embodiment shown here, which is set up to align at least one alignment of the construction plan coordinate system relative to the construction level coordinate system, selected from an angular orientation and a translational orientation, based on the detected Area of interest 25 to determine.
  • This enables in particular a sensor fusion of the first sensor device 19 with the second sensor device 29, in particular preferably a multiscale sensor fusion, in particular on different length scales.
  • the alignment module 31 is preferably configured to determine the angular orientation of the blueprint coordinate system relative to the building plane coordinate system using at least one sensed area selected from the sensed first sense area 21 and the sensed area of interest 25, and to determine the translational orientation of the blueprint coordinate system relative to the building level coordinate system based on the detected area of interest 25 .
  • Alignment module 31 is preferably set up to recognize at least one position determination feature 33 of at least one preform 35 arranged in work area 13, and to detect a geometric position of the at least one position determination feature 33 relative to at least one coordinate system selected from the building plane coordinate system and the building plan -Coordinate system.
  • the alignment module 31 is set up to align the construction plan coordinate system relative to the at least one position determination feature 33, in which case the construction plan coordinate system is preferably implicitly aligned with the construction level coordinate system defined by the position determination feature.
  • the first sensor device 19 is preferably designed as an optical sensor device that is set up to record an optical image of the first detection area 21 .
  • the first sensor device 19 preferably has a camera 37 .
  • the first sensor device 19 is particularly preferably designed as a powder bed camera.
  • the second sensor device 29 is preferably set up to control the scanner device 15 for the displacement of the optical working beam 9 in the working area 13 in order to signal values 26 of electromagnetic radiation 40 emanating from an interaction area 39 of the optical working beam 9 in the working area 13, a signal value being assigned to each location of the displacement of the optical working beam 9 in the working area 13, and an image of the working area 13 from the location-dependent recorded signal values.
  • the second sensor device 29 has a detection device 41 which is arranged on an optical axis A of the optical working beam 9 and preferably has at least one photodiode.
  • the second sensor device 29 is set up to detect the signal values in a location-dependent manner, in that an output signal from the detection device 41 is assigned to a synchronous state of the scanner device 15 as a function of time.
  • the second sensor device 29 has a deflection mirror 42, via which the optical working beam 9 is deflected, with the reflectivity of the deflection mirror 42 being less than 100%, so that a proportion of the electromagnetic radiation emitted along the optical axis A Radiation 40 passes through the deflection mirror 42 and falls on the detection device 41 arranged behind the deflection mirror 42 .
  • the selection module 23 is preferably set up to automatically select the at least one area of interest 25 .
  • the measuring device 5, here in particular the control device 17, has a user interface 43, via which a selection of the at least one area of interest 25 by a user of the measuring device 5 is possible.
  • the alignment module 31 is preferably set up to automatically determine at least one alignment, selected from the angular alignment and the translational alignment, of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system.
  • the user interface 43 is preferably set up in such a way that the at least one orientation can be selected by the user of the measuring device 5 via it.
  • the measuring device 5 has a display module 45 that is set up to calculate an overall display of the area of interest 25 in the first detection area 21, in particular by superimposing a first display of the first detection area 21 with a second display of the area of interest 25, and/ or through 27
  • the display module 45 is preferably set up to calculate an AR display of the work area 13 in such a way that the AR display shows the entire display in the work area 13, in particular in an optical image of the work area 13, recorded in particular in real time preferably by overlaying the overall display with the work area 13, in particular with the optical recording of the work area 13.
  • the display module 45 is preferably set up to display at least one coordinate system, selected from the building level coordinate system and the building plan coordinate system, in the overall display or in the AR display. Alternatively or additionally, the display module 45 is set up to display radiation vectors for the additive manufacturing of the component 3 in the work area 13 in the overall display or in the AR display.
  • Manufacturing device 1 preferably has an output device 47, which is operatively connected to measuring device 5, in particular to display module 45, here in particular to control device 17, and is set up to display at least one display calculated by display module 45, selected from the overall display and the AR representation.
  • the alignment module 31 is preferably set up to link position information along a coordinate extending perpendicularly to the construction plane 11 with at least one coordinate system, which is selected from the construction plane coordinate system and the construction plan coordinate system.
  • the alignment module 31 is preferably set up to align a plurality of optical working beams 9 of the production device 1 relative to at least one coordinate system which is selected from the building plane coordinate system and the building plan coordinate system.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of the manufacturing device 1 for the additive manufacturing of a component 3 from a powder material 4 with a second exemplary embodiment of the measuring device 5.
  • the second sensor device 29 has a thermal imaging camera 49, which is arranged and set up to capture the working area 13, the second sensor device 29 being set up to record the signal values by recording a thermal image with the thermal imaging camera 49 depending on the location capture.
  • the first detection area 21 is detected with a first measuring accuracy.
  • the at least one region of interest 25 is selected within the first detection region 21, and the at least one selected region of interest 25 is detected with a second measurement accuracy, the second measurement accuracy being higher than the first measurement accuracy.
  • At least one orientation of the building plan coordinate system relative to the building plane coordinate system selected from the angular orientation and the translational orientation is determined from the detected area of interest 25 .
  • the angular orientation is determined from at least one sensed region selected from the sensed first region of interest 21 and the sensed region of interest 25, while the translational orientation is determined from the sensed region of interest 25.
  • a geometric position of the at least one preform 35 in the construction plane 11 is preferably determined relative to at least one coordinate system selected from the construction plane coordinate system and the construction plan coordinate system, and the component 3 is built up generatively on the preform 35.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (5) zum Ausrichten eines Bauplan-Koordinatensystems auf ein Bauebenen-Koordinatensystem eines in einer Bauebene (11) angeordneten Arbeitsbereichs (13) einer generativen Fertigungsvorrichtung (1), mit - einer ersten Sensoreinrichtung (19), die eingerichtet ist, um einen ersten Erfassungsbereich (21) des Arbeitsbereichs (13) mit einer ersten Messgenauigkeit zu erfassen,- einem Auswahlmodul (23), das eingerichtet ist, um wenigstens einen Interessenbereich (25) innerhalb des ersten Erfassungsbereichs (21) auszuwählen,- einer zweiten Sensoreinrichtung (29), die eingerichtet ist, um den wenigstens einen ausgewählten Interessenbereich (25) mit einer zweiten Messgenauigkeit zu erfassen, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit, und mit - einem Ausrichtmodul (31), das eingerichtet ist, um wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus einer Winkelausrichtung und einer Translationsausrichtung, anhand des erfassten Interessenbereichs (25) zu bestimmen.

Description

BESCHREIBUNG
Messvorrichtung, Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, eine Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial.
Bei der Fertigung von Bauteilen mittels generativer Fertigungsverfahren ergibt sich häufig das Problem, dass ein zu fertigendes Bauteil sehr exakt, das heißt mit hoher räumlicher Genauigkeit, in einem Arbeitsbereich einer zur Herstellung des Bauteils verwendeten generativen Fertigungsvorrichtung angeordnet werden muss. Dies ist insbesondere der Fall bei der Fertigung sogenannter hybrider Bauteile, bei denen ein generativ gefertigter Bereich auf einen konventionell hergestellten Vorformling aufgebaut wird. Dabei entscheidet oftmals die Genauigkeit der Ausrichtung des neu herzustellenden Bereichs relativ zu dem Vorformling darüber, ob das hybride Fertigungsverfahren überhaupt eine für die spätere Anwendung des Bauteils nötige Genauigkeit bereitstellen kann. Beispielsweise muss ein hybrid aufgebauter Fräskopf mit innenliegenden Kühlkanälen mit einer Abweichung von weniger als 50 pm positioniert werden, um zu vermeiden, dass das entstehende - in der späteren Anwendung rotierende - Bauteil eine zu große Unwucht aufweist. Für eine korrekte Positionierung des zu fertigenden Bauteils innerhalb des Arbeitsbereichs ist eine Optimierung auf verschiedenen Längenskalen nötig. Es ist dabei kaum oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich, die zuvor beschriebenen Optimierungsaufgaben auf verschiedenen Längenskalen mit hoher Genauigkeit und Effizienz zu lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung, eine Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung zum 2 generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Messvorrichtung zum Ausrichten eines Bauplan-Koordinatensystems auf ein Bauebenen-Koordinatensystem eines in einer Bauebene angeordneten Arbeitsbereichs einer generativen Fertigungsvorrichtung geschaffen wird, wobei die Messvorrichtung eine erste Sensoreinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um einen ersten Erfassungsbereich des Arbeitsbereichs mit einer ersten Messgenauigkeit zu erfassen. Die Messvorrichtung weist außerdem ein Auswahlmodul auf, das eingerichtet ist, um wenigstens einen Interessenbereich innerhalb des ersten Erfassungsbereichs auszuwählen. Weiterhin weist die Messvorrichtung eine zweite Sensoreinrichtung auf, die eingerichtet ist, um den wenigstens einen ausgewählten Interessenbereich mit einer zweiten Messgenauigkeit zu erfassen, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit. Die Messvorrichtung weist ein Ausrichtmodul auf, das eingerichtet ist, um wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus einer Winkelausrichtung und einer Translationsausrichtung, anhand des erfassten Interessenbereichs zu bestimmen. Die Messvorrichtung erlaubt vorteilhaft eine sehr genaue Ausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, wodurch es insbesondere möglich wird, mit hoher Genauigkeit generativ zu fertigende Bereiche von Bauteilen auf konventionell hergestellte Vorformlinge aufzubauen und so hybride Bauteile mit hoher Qualität zu fertigen. Dabei ermöglicht vorteilhaft insbesondere die erste Sensoreinrichtung eine Erfassung eines vergleichsweise großen Erfassungsbereichs, bevorzugt des gesamten Arbeitsbereichs, auf einer ersten, größeren Längenskala, wobei mittels des Auswahlmoduls innerhalb dieses Erfassungsbereichs der zumindest eine Interessenbereich ausgewählt werden kann. Die zweite Sensoreinrichtung ermöglicht dann die - bevorzugt auf einer kleineren Längenskala erfolgende, lokale - Erfassung des Interessenbereichs mit höherer Messgenauigkeit. Somit kann insbesondere zunächst ein Gesamtüberblick erhalten werden, wobei dann insbesondere relevante Bereiche mit höherer Genauigkeit erfasst werden können. Mit dem Ausrichtmodul ist es schließlich vorteilhaft möglich, das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem insbesondere anhand des mit höherer Messgenauigkeit erfassten Interessenbereichs auszurichten, 3 sodass insgesamt - mit gleichwohl vorteilhaft beschränktem Aufwand - eine hohe Genauigkeit für die Ausrichtung der Koordinatensysteme relativ zueinander erhalten wird. Insbesondere ermöglicht die hier vorgeschlagene Messvorrichtung eine Sensorfusion der ersten Sensoreinrichtung mit der zweiten Sensoreinrichtung, insbesondere bevorzugt eine multiskalige Sensorfusion, insbesondere auf verschiedenen Längenskalen.
Unter einem Bauplan-Koordinatensystem wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Koordinatensystem des zu fertigenden Bauteils verstanden. Dabei ist insbesondere das zu fertigende Bauteil zunächst mittels eines Fertigungsdatensatzes in dem Bauplan-Koordinatensystem definiert, wobei dann, wenn der Fertigungsdatensatz in der generativen Fertigungsvorrichtung zur Anwendung kommt, das Bauplan-Koordinatensystem mit einem Maschinen-Koordinatensystem der generativen Fertigungsvorrichtung übereinstimmt. Das Maschinen -Koordinatensystem umfasst diejenigen Koordinaten, mit denen die Fertigungsvorrichtung - insbesondere eine Scannereinrichtung für die Verlagerung eines optischen Arb ei ts Strahls - angesteuert wird, um das zu fertigende Bauteil zu fertigen.
Unter einem Bauebenen-Koordinatensystem wird demgegenüber im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Koordinatensystem verstanden, das in der Bauebene der Fertigungsvorrichtung aufgespannt und relativ zu dem Arbeitsbereich fixiert ist. Somit ist insbesondere auch die Lage von wenigstens einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Vorformling in dem Bauebenen-Koordinatensystem fixiert; insbesondere ist es möglich, dass der wenigstens eine Vorformling das Bauebenen-Koordinatensystem definiert, beispielsweise den Ursprung des Bauebenen-Koordinatensystems festlegt. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Bauebenen-Koordinatensystem relativ zu einer insbesondere auswechselbar an oder in der Fertigungsvorrichtung gehaltenen Substratplatte fixiert oder durch die Substratplatte definiert ist.
Das Bauplan-Koordinatensystem und das Bauebenen-Koordinatensystem können selbst bei vorhergehender Kalibration insbesondere aufgrund von Dejustage oder von thermischen Effekten in der generativen Fertigungsvorrichtung auseinanderfallen; insbesondere können sie bei Erwärmung oder Abkühlung der Fertigungsvorrichtung relativ zueinander driften. Insbesondere ist es möglich, dass sich eine Substratplatte, auf der ein Bauteil generativ gefertigt wird, thermisch ausdehnt, insbesondere wenn sie vorgeheizt wird, beispielsweise auf 200 °C oder 500 °C. Eine Ausrichtung der Koordinatensysteme relativ zueinander vor dem Beginn der Fertigung erhöht somit jedenfalls deren Qualität. Weiterhin ist es möglich, dass nicht mit hinreichend hoher 4
Genauigkeit bekannt ist, wo der wenigstens eine Vorformling in der Bauebene angeordnet und wie er ausgerichtet ist, wobei dies mithilfe der hier vorgeschlagenen Messvorrichtung ermittelt und bei der Ausrichtung der Koordinatensysteme berücksichtigt oder für die Ausrichtung verwendet werden kann.
Unter einer Messgenauigkeit einer Sensoreinrichtung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Kombination aus einer insbesondere durch die Auflösung der Sensoreinrichtung bestimmten Präzision und einer insbesondere durch einen sogenannten Registrierungsfehler beeinflussten Richtigkeit der Erfassung durch die Sensoreinrichtung verstanden. Dabei beschreibt die Präzision eine Streuung der Messwerte um einen Mittelwert, wobei die Präzision hoch ist, wenn die Streuung gering ist. Die Richtigkeit beschreibt eine Abweichung des Mittelwerts der Messwerte von einem angenommenen wahren Wert, insbesondere von einem Ort im Maschinen-Koordinatensystem. Ein Registrierungsfehler der Sensoreinrichtung ist insbesondere eine Abweichung eines Sensor-Koordinatensystems der Sensoreinrichtung von dem Maschinen-Koordinatensystem. Die Richtigkeit hängt somit unmittelbar von dem Registrierungsfehler ab, insbesondere ist die Richtigkeit hoch, wenn kein Registrierungsfehler vorliegt und das Sensor-Koordinatensystem mit dem Maschinen- Koordinatensystem übereinstimmt. Die Messgenauigkeit ist hoch, wenn sowohl die Präzision als auch die Richtigkeit hoch sind. Die Messgenauigkeit ist gering, wenn entweder die Präzision oder die Richtigkeit gering ist, oder wenn die Präzision und die Richtigkeit gering sind. Die zweite Messgenauigkeit kann höher sein als die erste Messgenauigkeit, indem die Präzision der zweiten Sensoreinrichtung bei gleicher Richtigkeit höher ist als die Präzision der ersten Sensoreinrichtung, oder indem die Richtigkeit der zweiten Sensoreinrichtung bei gleicher Präzision höher ist als die Richtigkeit der ersten Sensoreinrichtung, oder indem sowohl die Präzision als auch die Richtigkeit der zweiten Sensoreinrichtung höher sind als die Präzision und die Richtigkeit der ersten Sensoreinrichtung.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die zweite Messgenauigkeit um einen Faktor von mindestens 2, vorzugsweise von mindestens 3, höher als die erste Messgenauigkeit. Insbesondere ist bevorzugt eine zweite geometrische Auflösung der zweiten Sensoreinrichtung um einen Faktor von mindestens 2 bis vorzugsweise höchstens 10, vorzugsweise von mindestens 3 bis bevorzugt höchstens 5, höher als eine erste geometrische Auflösung der ersten Sensoreinrichtung.
In bevorzugter Ausgestaltung weist erste Sensoreinrichtung eine geometrische Auflösung von mindestens 30 gm bis höchstens 500 gm, vorzugsweise von mindestens 100 gm bis höchstens 400 5 mih, vorzugsweise bis höchstens 300 gm, vorzugsweise bis höchstens 200 gm auf. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Sensoreinrichtung eine geometrische Auflösung von mindestens 10 gm bis höchstens 50 gm, vorzugsweise von mindestens 20 gm bis höchstens 40 gm, vorzugsweise bis höchstens 30 gm, auf.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die erste Sensoreinrichtung eingerichtet, um als den ersten Erfassungsbereich den gesamten Arbeitsbereich der Fertigungsvorrichtung zu erfassen. Alternativ ist es in bevorzugter Ausgestaltung möglich, dass die erste Sensorvorrichtung eingerichtet ist, um den ersten Erfassungsbereich - als Bereich, der kleiner ist als der Arbeitsbereich - innerhalb des Arbeitsbereichs zu erfassen.
Unter einem Interessenbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine sogenannte Region of Interest (ROI) verstanden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der höchstens eine Interessenbereich mit dem Erfassungsbereich identisch ist. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine Interessenbereich kleiner ist als der erste Erfassungsbereich. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Auswahlmodul eingerichtet, um eine Mehrzahl von Interessenbereichen innerhalb des ersten Erfassungsbereichs auszuwählen. Die Interessenbereiche können voneinander beabstandet sein oder zumindest bereichsweise aneinander angrenzen. Es ist auch möglich, dass die Interessenbereichen zumindest teilweise miteinander überlappen. Insbesondere ist der Interessenbereich bevorzugt ein zweiter Erfassungsbereich innerhalb des ersten Erfassungsbereichs.
Unter einer Winkelausrichtung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere wenigstens ein Winkel verstanden, um den das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem verdreht ist.
Unter einer Translationsausrichtung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein linearer Abstand verstanden, um den das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem - oder umgekehrt - verschoben ist. Insbesondere bezieht sich die Verschiebung bevorzugt auf die Ursprünge der Koordinatensysteme.
Darunter, dass die Ausrichtung der Koordinatensysteme relativ zueinander bestimmt wird, wird bevorzugt verstanden, dass die Koordinatensysteme aufeinander ausgerichtet werden, das heißt 6 insbesondere dass die ermittelte Verschiebung und/oder Verdrehung korrigiert wird. Alternativ wird bevorzugt ein Versatz, das heißt die Verschiebung und/oder Verdrehung, zwischen den Koordinatensystemen ermittelt, wobei dann eine weitere Bearbeitung, insbesondere Fertigung des zu fertigenden Bauteils, auf der Grundlage des ermittelten Versatzes erfolgt; dies bedeutet insbesondere, dass der ermittelte Versatz bei der weiteren Bearbeitung berücksichtigt, insbesondere herausgerechnet wird.
Bevorzugt weist die Messvorrichtung eine Mehrzahl zweiter Sensoreinrichtungen auf, insbesondere wenn die Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung des zu fertigenden Bauteils eine Mehrzahl von Arbeitsstrahlen aufweist. Insbesondere ist bevorzugt jedem Arbeitsstrahl eine zweite Sensoreinrichtung zugeordnet, oder jeder Arbeitsstrahl ist Teil einer zweiten Sensoreinrichtung.
Ein Modul kann bevorzugt hardwaretechnisch, aber auch softwaretechnisch in der Messvorrichtung implementiert sein. Insbesondere kann die Funktionalität eines Moduls bevorzugt hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch in die Messvorrichtung implementiert sein. Dabei muss es sich bei dem Modul nicht zwingend um eine separate, physikalisch oder gedanklich abtrennbare Einrichtung oder Struktur handeln. Ein Modul kann insbesondere eine Mehrzahl von Sub-Modulen aufweisen. Insbesondere ist ein Modul bevorzugt eine Softwareeinheit.
Unter einem generativen Fertigen ist im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein additives Fertigen eines Bauteils zu verstehen. Insbesondere wird darunter ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem selektiven Laserschmelzen, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die generative Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten generativen Fertigungsverfahren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausrichtmodul eingerichtet ist, um die Winkelausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem anhand wenigstens eines erfassten Bereichs zu bestimmen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich und dem erfassten 7
Interessenbereich. Zusätzlich ist das Ausrichtmodul eingerichtet, um die Translationsausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs zu bestimmen. In bevorzugter Ausgestaltung wird somit zumindest die Translationsausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs bestimmt. Vorteilhaft ist dabei die Translationsausrichtung mit besonders hoher Genauigkeit anhand des erfassten Interessenbereichs bestimmbar, da die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit, wobei gerade für die Bestimmung der Translationsausrichtung eine hohe Messgenauigkeit vorteilhaft ist. Die Winkelausrichtung kann demgegenüber wahlweise ebenfalls anhand des erfassten Interessenbereichs oder anhand des ersten Erfassungsbereichs bestimmt werden. Zwar ist auch zur Bestimmung der Winkelausrichtung eine hohe Messgenauigkeit vorteilhaft, es ist aber möglich, dass für die geforderte Genauigkeit bei der Bestimmung der Winkelausrichtung die erste, geringere Messgenauigkeit genügt. Insbesondere da die Winkelausrichtung auf einer größeren Längenskala hochgenau bestimmt werden kann, beispielsweise anhand des Verlaufs vollständiger, den Erfassungsbereich durchziehender Kanten, kann die Winkelausrichtung auch anhand des ersten Erfassungsbereichs bestimmt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung, bei der sowohl die Winkelausrichtung als auch die Translationsausrichtung anhand des erfassten Interessenbereichs bestimmt werden, dient der erste Erfassungsbereich bevorzugt im Wesentlichen oder sogar ausschließlich dazu, den wenigstens einen Interessenbereich auszuwählen, insbesondere zu identifizieren und auszuwählen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausrichtmodul eingerichtet ist, um wenigstens ein Lagebestimmungsmerkmal von wenigstens einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Vorformling zu erkennen. Das Ausrichtmodul ist außerdem eingerichtet, um eine geometrische Lage des wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmals relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem festzulegen, wobei das wenigstens eine Koordinatensystem ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan- Koordinatensystem. Mittels der Erkennung des Lagebestimmungsmerkmals und der Möglichkeit, dessen Lage relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem festzulegen, ist es vorteilhaft möglich, die Anordnung des Vorformlings in dem Arbeitsbereich mit hoher Genauigkeit festzustellen und somit wiederum den generativ zu fertigenden Bereich des Bauteils hochgenau auf dem Vorformling aufzubauen. Da die relative Lage der Koordinatensysteme zueinander hochgenau bestimmt werden kann, ist die geometrische Lage des Vorformlings in beiden 8
Koordinatensystemen mit hoher Genauigkeit bekannt, sobald sie für eines der beiden Koordinatensysteme bestimmt ist.
Alternativ oder zusätzlich ist das Ausrichtmodul eingerichtet, um das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmal auszurichten. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung dar, da das Lagebestimmungsmerkmal besonders gut erfasst werden kann. Dabei erfolgt eine implizite Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystem auf das Bauebenen-Koordinatensystem, wobei das Bauebenen-Koordinatensystem insbesondere durch das Lagebestimmungsmerkmal definiert sein kann. Insofern spannt vorzugsweise der in dem Arbeitsbereich und damit auch in der Bauebene angeordnete Vorformling mit dem wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmal das Bauebenen-Koordinatensystem auf.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das wenigstens eine Lagebestimmungsmerkmal eine mittels der ersten Sensoreinrichtung und/oder mittels der zweiten Sensoreinrichtung erfassbare Bohrung in dem Vorformling. Eine solche Bohrung kann in bevorzugter Weise insbesondere mittels Bilderkennung erkannt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das wenigstens eine Lagebestimmungsmerkmal eine mittels der ersten Sensoreinrichtung und/oder mittels der zweiten Sensoreinrichtung erfassbare Kante des Vorformlings. Unter einer solchen Kante ist insbesondere eine maschinell erkennbare Kante, insbesondere eine mithilfe eines Kantendetektionsalgorithmus erkennbare Kante, zu verstehen. Eine solche Kantenerkennung ermöglicht in sehr präziser und zugleich wenig aufwendiger Weise eine Ermittlung der Position des Vorformlings. Die Kante kann in bevorzugter Ausgestaltung insbesondere eine Bohrungskante einer Bohrung in dem Vorformling sein.
Alternativ oder zusätzlich ist das wenigstens eine Lagebestimmungsmerkmal bevorzugt eine Markierung, die auf einer Oberfläche des Vorformlings vorgesehen ist. Auch auf diese Weise kann eine sehr hohe Genauigkeit der Positionsermittlung für den Vorformling erzielt werden.
Die Oberfläche des Vorformlings, auf der die Markierung angeordnet ist, ist insbesondere der ersten Sensoreinrichtung und/oder der zweiten Sensoreinrichtung zugewandt. Insbesondere handelt es sich um eine Oberseite des Vorformlings. 9
Eine Markierung auf einer Oberfläche des Vorformlings bringt dort vorzugsweise zumindest eine Kante ein, die dann wiederum mittels Kantenerkennung, insbesondere automatisch, erkannt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Sensoreinrichtung als optische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die eingerichtet ist, um eine optische Abbildung des ersten Erfassungsbereichs aufzunehmen. Vorzugsweise weist die erste Sensoreinrichtung mindestens eine Kamera auf. Vorzugsweise ist die erste Sensoreinrichtung, insbesondere die mindestens eine Kamera, eine Komponente einer Pulverbettüberwachungsvorrichtung einer Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, insbesondere eine Pulverbettkamera. In diesem Fall bedarf es vorteilhaft keiner zusätzlichen Komponenten, um die erste Sensoreinrichtung bereitzustellen. Eine optische Sensoreinrichtung kann insbesondere eine geometrische Auflösung von mindestens 30 pm bis höchstens 500 pm, vorzugsweise von mindestens 100 pm bis höchstens 400 pm, vorzugsweise bis höchstens 300 pm, vorzugsweise bis höchstens 200 pm, aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Sensoreinrichtung eingerichtet ist, um eine Scannereinrichtung zur Verlagerung eines optischen Arb ei ts Strahls der generativen Fertigungsvorrichtung in dem Arbeitsbereich anzusteuern, um Signalwerte von aus einem Wechselwirkungsbereich des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich ausgehender elektromagnetischer Strahlung ortsabhängig zu erfassen, wobei jedem Ort der Verlagerung des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich ein Signalwert zugeordnet wird, und um eine Abbildung des Arbeitsbereichs aus den ortsabhängig erfassten Signalwerten zu erhalten. Vorteilhaft weist eine derart ausgebildete zweite Sensoreinrichtung eine sehr hohe Messgenauigkeit auf. Insbesondere kann eine derart ausgestaltete zweite Sensoreinrichtung eine hohe Auflösung und/oder einen sehr geringen, vorzugsweise sogar verschwindenden Registrierungsfehler aufweisen. Weiterhin bedarf es bei einer Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, die einen optischen Arbeitsstrahl für die generative Fertigung nutzt, vorteilhaft keiner aufwändigen zusätzlichen Vorrichtungen, um die zweite Sensoreinrichtung zu verwirklichen, da jedenfalls die Scannereinrichtung zur Verlagerung des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich ohnehin vorgesehen ist. Eine derart ausgestaltete zweite Sensoreinrichtung kann insbesondere eine geometrische Auflösung von mindestens 10 pm bis höchstens 50 pm, vorzugsweise von mindestens 20 pm bis höchstens 40 pm, vorzugsweise bis höchstens 30 pm, aufweisen. 10
Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum generativen Fertigen eines Bauteils aus Pulvermaterial, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der kontinuierlich oder gepulst erzeugt sein kann. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum, oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf. Unter einem Wechselwirkungsbereich des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich wird insbesondere ein lokaler Bereich des Arbeitsbereichs verstanden, in dem der optische Arbeitsstrahl momentan mit in dem Arbeitsbereich angeordnetem Material, insbesondere Pulvermaterial, wechselwirkt.
Darunter, dass aus dem Wechselwirkungsbereich ausgehende elektromagnetische Strahlung erfasst wird, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass aus dem Wechselwirkungsbereich abgestrahlte elektromagnetische Strahlung, insbesondere aus dem Wechselwirkungsbereich emittierte elektromagnetische Strahlung oder aus dem Wechselwirkungsbereich remittierte elektromagnetische Strahlung erfasst wird.
Unter aus dem Wechselwirkungsbereich abgestrahlter elektromagnetischer Strahlung wird dabei elektromagnetische Strahlung verstanden, die - unabhängig von einem konkreten physikalischen Mechanismus - aufgrund der Einstrahlung des optischen Arb ei ts Strahls in den Wechselwirkungsbereich von dem Wechselwirkungsbereich ausgeht.
Unter aus dem Wechselwirkungsbereich emittierter elektromagnetischer Strahlung wird elektromagnetische Strahlung verstanden, die aufgrund der Wechselwirkung mit dem optischen Arbeitsstrahl in dem Wechselwirkungsbereich - insbesondere als Wärmestrahlung oder als Lumineszenz, insbesondere Fluoreszenz oder Phosphoreszenz - emittiert wird.
Unter aus dem Wechselwirkungsbereich remittierter elektromagnetischer Strahlung wird elektromagnetische Strahlung verstanden, die - insbesondere von einer Oberfläche in dem Wechselwirkungsbereich - reflektiert und/oder gestreut wird. Dabei wird unter „Reflexion“ hier 11 im engeren Sinne gerichtete Reflexion verstanden, während unter „Streuung“ diffuse Reflexion, insbesondere gemäß dem Lamberf sehen Gesetz, verstanden wird.
Die Signalwerte werden insbesondere punktweise, insbesondere eindimensional, ortsabhängig erfasst. Jedem Ort der Verlagerung des optischen Arb ei ts Strahls wird also bevorzugt genau ein Signalwert zugeordnet. Ein solcher Signalwert ist insbesondere ein Helligkeitswert.
Unter einer Abbildung des Arbeitsbereichs wird demgegenüber insbesondere eine zweidimensionale Abbildung des Arbeitsbereichs, insbesondere des wenigstens einen ausgewählten Interessenbereichs des Arbeitsbereichs, verstanden. Die Abbildung wird insbesondere erhalten, indem sie aus den ortsabhängig erfassten Signalwerten zusammengesetzt, berechnet oder in anderer Weise gebildet wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der optische Arbeitsstrahl zum Erfassen des Arbeitsbereichs mit einer optischen Ausgangsleistung betrieben wird, die geringer ist als eine untere Leistungsgrenze für die optische Ausgangsleistung des optischen Arb ei ts Strahls zum generativen Fertigen. Auf diese Weise wird eine Veränderung von in dem Arbeitsbereich angeordnetem Material, sei es Pulvermaterial oder ein Vorformling, vermieden. Die untere Leistungsgrenze ist dabei insbesondere so gewählt, dass erst ab dieser unteren Leistungsgrenze oder oberhalb dieser unteren Leistungsgrenze eine Materialveränderung, insbesondere ein Sintern oder Schmelzen, insbesondere von dem Pulvermaterial der generativen Fertigungsvorrichtung auftritt, sodass die generative Fertigung mit dem optischen Arbeitsstrahl möglich ist. Die optische Ausgangsleistung des optischen Arbeitsstrahls wird somit für die generative Fertigung bevorzugt höher gewählt als die untere Leistungsgrenze. Somit sind ein Betriebsmodus zum Erfassen des wenigstens einen ausgewählten Interessenbereichs einerseits und ein Betriebsmodus zum generativen Fertigen andererseits bezüglich der gewählten optischen Ausgangsleistung des optischen Arbeitsstrahls deutlich voneinander separiert.
Insbesondere wird derselbe optische Arbeitsstrahl - bis gegebenenfalls auf die Reduzierung der optischen Ausgangsleistung - sowohl für die generative Fertigung als auch für die Erfassung des wenigstens einen ausgewählten Interessenbereichs verwendet.
Die untere Leistungsgrenze beträgt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung 100 W, vorzugsweise 90 W, vorzugsweise 85 W. Der optische Arbeitsstrahl wird zum Erfassen des Arbeitsbereichs vorzugsweise mit einer optischen Ausgangsleistung von mindestens 1 W bis höchstens 99,9 W, 12 vorzugsweise bis höchstens 89,9 W, vorzugsweise bis höchstens 84,9 W, insbesondere von mindestens 2 W bis höchstens 50 W betrieben. Zum generativen Fertigen wird der optische Arbeitsstrahl vorzugsweise mit einer optischen Ausgangsleistung von mindestens 90 W, vorzugsweise von mindestens 100 W, vorzugsweise mehr als 100 W, vorzugsweise von mindestens 90 W bis höchstens 500 W, betrieben.
Mittels der wie zuvor beschrieben ausgestalteten zweiten Sensoreinrichtung ist eine Kantenerkennung insbesondere anhand von scharfen Sprüngen in den ortsabhängig erfassten Signalwerten möglich. Insbesondere ändert sich an einer Kante das Ab strahl verhalten des Vorformlings unstetig. Dies gilt auch dann, wenn der Vorformling von Pulvermaterial, nämlich Arbeitspulver der generativen Fertigungsvorrichtung, umgeben oder in Pulvermaterial eingebettet ist, wobei eine der Scannereinrichtung zugewandte Oberfläche des Vorformlings nicht von Pulvermaterial bedeckt ist. Überschreitet der optische Arbeitsstrahl einen Rand dieser Oberfläche, ändert sich das Ab strahl verhalten insbesondere von starker Streuung durch das Pulvermaterial auf zumindest eher gerichtete Reflexion auf der Oberfläche des Vorformlings - oder umgekehrt. Dabei weist der Signalwert typischerweise ein höheres Niveau, insbesondere eine - je nach Art der Erfassung - höhere oder auch geringere Helligkeit, auf, wenn das Licht des optischen Arbeitsstrahls diffus zurückgestreut wird, als wenn es im Wesentlichen reflektiert wird.
Unter einem Arbeitspulver wird ein Pulvermaterial verstanden, welches in der generativen Fertigungsvorrichtung oder von der generativen Fertigungsvorrichtung zum Herstellen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial verwendet wird.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren durchgeführt mit einer aufgerauten Oberfläche des Vorformlings, wobei die Oberfläche besonders bevorzugt sand-, korund- oder glasperlengestrahlt ist. Auf diese Weise kann die Oberfläche des Vorformlings matt diffus streuende optische Eigenschaften aufweisen, sodass sie in der Abbildung des Arbeitsbereichs nicht einfach dunkel - gegebenenfalls mit einzelnen Glanzpunkten - erscheint, sondern vielmehr gut erkennbar ist. Wird die Rauheit der Oberfläche geeignet eingestellt, ergibt sich dennoch ein hervorragender Kontrast zu eventuell in der Umgebung der Oberfläche angeordnetem Pulvermaterial. Beispielsweise kann es so auch möglich sein, den Signalwert von der aufgerauten Oberfläche über das Niveau des Signalwerts der Streuung des Pulvermaterials zu erhöhen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Sensoreinrichtung eine auf der optischen Achse des optischen Arbeitsstrahls angeordnete Detektionseinrichtung aufweist 13 und eingerichtet ist, um den Signalwert ortsabhängig zu erfassen, indem ein Ausgangssignal der Detektionseinrichtung zeitabhängig einem synchronen Zustand der Scannereinrichtung zugeordnet wird. Vorteilhaft weist in diesem Fall die zweite Sensoreinrichtung keinen Registrierungsfehler auf, da die Messung unmittelbar im Koordinatensystem des optischen Arb ei ts Strahls und damit im Maschinen-Koordinatensystem erfolgt. Somit kann die zweite Messgenauigkeit sogar dann höher sein als die erste Messgenauigkeit, wenn die Auflösung der zweiten Sensoreinrichtung geringer sein sollte als die Auflösung der ersten Sensoreinrichtung. Vorzugsweise weist die zweite Sensoreinrichtung gleichwohl aber auch eine höhere Auflösung auf als die erste Sensoreinrichtung.
Die Erfassung der Signalwerte, hier also des Ausgangssignals der Detektionseinrichtung, und die Verlagerung des optischen Arb eits Strahls durch entsprechende Steuerung der Scannereinrichtung erfolgt insbesondere synchron, sodass jedem Signalwert ein Zustand der Scannereinrichtung und damit zugleich ein Ort in dem Arbeitsbereich zugeordnet werden kann. Der Zustand der Scannereinrichtung ist insbesondere eine Position von wenigstens einem beweglichen Spiegel der Scannereinrichtung, insbesondere einem galvanometrischen Spiegel, die ihrerseits wiederum einem Ort in dem Arbeitsbereich zugeordnet ist, auf den der optische Arbeitsstrahl gerichtet ist. Die ortsaufgelöste Erfassung der Signalwerte erfolgt somit unmittelbar im Koordinatensystem der Scannereinrichtung und damit im Maschinen-Koordinatensystem.
Vorzugsweise weist die zweite Sensoreinrichtung einen Elmlenkspiegel auf, über den der optische Arbeitsstrahl umgelenkt wird, wobei die Reflektivität des Elmlenkspiegels kleiner ist als 100 %, sodass ein Anteil der entlang der optischen Achse abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung durch den Elmlenkspiegel hindurchtritt und auf die hinter dem Elmlenkspiegel angeordnete Detektionseinrichtung fällt. Alternativ ist es auch möglich, dass der optische Arbeitsstrahl durch den Elmlenkspiegel hindurchgeschickt wird, wobei dieser dann eine Transmissivität von weniger als 100 % aufweist, wobei in diesem Fall die Detektionseinrichtung derart angeordnet ist, dass die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung durch den Umlenkspiegel teilweise umgelenkt und zu der Detektionseinrichtung geleitet wird.
Weiter ist es auch bevorzugt möglich, dass der optische Arbeitsstrahl durch eine Öffnung eines Umlenkspiegels hindurchtritt, wobei die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung von der die Öffnung umgebenden Oberfläche des Umlenkspiegels zumindest teilweise umgelenkt und zu der Detektionseinrichtung geleitet wird. Insbesondere kann ein sogenannter Scraper-Spiegel verwendet werden. 14
Ist der Umlenkspiegel eingerichtet zur Umlenkung des optischen Arbeitsstrahls und zur Transmission der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, weist er bevorzugt eine Reflektivität von mindestens 99 % bis höchstens 99,98 % auf. Ist der Umlenkspiegel eingerichtet zur Transmission des optischen Arbeitsstrahls und zur Reflexion der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, weist er bevorzugt eine Transmissivität von mindestens 99 % bis höchstens 99,98 % auf.
Alternativ ist es auch möglich, anstelle des Umlenkspiegels einen Polarisationsstrahlteiler zu verwenden, wobei der optische Arbeitsstrahl in diesem Fall bevorzugt linear polarisiert ist. Durch die Abstrahlung in dem Wechselwirkungsbereich wird die Polarisation zumindest teilweise zerstört, wobei dann die zum einfallenden Arbeitsstrahl senkrechte Polarisationsrichtung nur das abgestrahlte Signal enthält. Der Polarisationsstrahlteiler reflektiert somit bevorzugt die mit einer bestimmten Polarisationsrichtung linear polarisierte, einfallende elektromagnetische Strahlung des optischen Arb eits Strahls und transmittiert die zu der bestimmten Polarisationsrichtung senkrechte Polarisationsrichtung - oder umgekehrt.
Vorzugsweise ist die Detektionseinrichtung als Fotodiode ausgebildet oder weist wenigstens eine Fotodiode auf. Als Fotodiode wird bevorzugt eine Silizium -Fotodiode verwendet. Es ist möglich, dass die Fotodiode empfindlich ist im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich. Vorzugsweise ist die Empfindlichkeit der Fotodiode abgestimmt auf den Wellenlängenbereich des optischen Arbeitsstrahls. In bevorzugter Weise kann eine Infrarot-Fotodiode oder eine Pyrometer- Diode verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Sensoreinrichtung eine Wärmebildkamera auf, die angeordnet und eingerichtet ist, um den Arbeitsbereich zu erfassen. Die zweite Sensoreinrichtung ist eingerichtet, um den Signalwert durch Aufnahme eines Wärmebilds mit der Wärmebildkamera ortsabhängig zu erfassen. Auch in diesem Fall kann der Registrierungsfehler der zweiten Sensoreinrichtung sehr gering ausfallen oder sogar verschwinden, indem vorteilhaft aus dem erfassten Wärmebild die jeweilige Position des optischen Arbeitsstrahls abgeleitet wird. Hierzu kann in bevorzugter Ausgestaltung ein vorbestimmtes Intensitätsprofil des optischen Arbeitsstrahls, beispielsweise ein Gauß-Profil, an einen im Wärmebild erfassten Intensitätsverlauf der detektierten Wärmestrahlung angepasst, das heißt gefittet, werden, wobei eine momentane Position des optischen Arb eits Strahls mit einem Maximum des an den erfassten Intensitätsverlauf angepassten vorbestimmten Intensitätsprofils identifiziert werden kann. Auf diese Weise ist eine Messung mit höchstens sehr kleinem Fehler im Koordinatensystem des optischen Arb eits Strahls 15 und damit im Maschinen-Koordinatensystem möglich. Auch bei dieser Ausgestaltung kann daher die zweite Sensoreinrichtung selbst dann eine höhere Messgenauigkeit aufweisen als die erste Sensoreinrichtung, wenn ihre Auflösung geringer ist als die Auflösung der ersten Sensoreinrichtung; insbesondere selbst dann, wenn die Auflösung der Wärmebildkamera geringer ist als die Auflösung einer optischen Kamera der ersten Sensoreinrichtung. Vorzugsweise ist aber gleichwohl auch bei dieser Ausgestaltung die Auflösung der zweiten Sensoreinrichtung höher als die Auflösung der ersten Sensoreinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auswahlmodul eingerichtet ist, um den wenigstens einen Interessenbereich automatisch auszuwählen. Dies erspart einem Bediener der Messvorrichtung vorteilhaft eine manuelle Auswahl.
Alternativ oder zusätzlich ist das Auswahlmodul eingerichtet, um eine Nutzer-Schnittstelle bereitzustellen, die eine Auswahl des wenigstens einen Interessenbereichs durch einen Benutzer der Messvorrichtung ermöglicht. Dies erlaubt dem Bediener der Messvorrichtung vorteilhaft eine größere Freiheit in der Auswahl des wenigstens einen Interessenbereichs. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung die Nutzer-Schnittstelle auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausrichtmodul eingerichtet ist, um zumindest eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, automatisch zu bestimmen. Dies erspart einem Bediener der Messvorrichtung vorteilhaft eine manuelle Bestimmung der zumindest eine Ausrichtung.
Alternativ oder zusätzlich ist das Ausrichtmodul eingerichtet, um eine Nutzer-Schnittstelle bereitzustellen, die zumindest eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, durch einen Benutzer der Messvorrichtung ermöglicht. Dies erlaubt dem Bediener der Messvorrichtung vorteilhaft eine größere Freiheit in der Bestimmung der zumindest eine Ausrichtung. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung die Nutzer-Schnittstelle auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung ein Darstellungsmodul aufweist, das eingerichtet ist, um eine Gesamt-Darstellung des wenigstens einen ausgewählten Interessenbereichs in dem ersten Erfassungsbereich zu berechnen. Die 16
Gesamt-Darstellung erlaubt aber vorteilhaft sowohl einen Überblick über den ersten Erfassungsbereich als auch eine Detailbetrachtung des wenigstens einen Interessenbereichs in derselben Darstellung.
Insbesondere ist das Darstellungsmodul bevorzugt eingerichtet, um die Gesamt-Darstellung zu berechnen, indem eine erste Darstellung des ersten Erfassungsbereichs mit einer zweiten Darstellung des Interessenbereichs überblendet wird. Dies stellt eine besonders einfache und insbesondere wenig rechenintensive und dadurch ressourcenschonende Ausgestaltung der Gesamt-Darstellung dar. Bevorzugt ist ein Überblendungsgrad der ersten Darstellung mit der zweiten Darstellung einstellbar, vorzugsweise variabel einstellbar, besonders bevorzugt - insbesondere variabel - durch einen Benutzer vorgebbar.
Alternativ oder zusätzlich ist das Darstellungsmodul bevorzugt eingerichtet, um die Gesamt- Darstellung zu berechnen, indem die erste Darstellung des ersten Erfassungsbereichs mit der zweiten Darstellung des Interessenbereichs zu der Gesamt-Darstellung verrechnet wird. Dies erlaubt vorteilhaft eine besonders exakte Darstellung des Interessenbereichs in der Gesamt- Darstellung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Darstellungsmodul eingerichtet ist, um eine AR-Darstellung des Arbeitsbereichs derart zu berechnen, dass in der AR- Darstellung die Gesamt-Darstellung in dem Arbeitsbereich, insbesondere in einer - insbesondere in Echtzeit aufgenommenen - optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs, dargestellt wird. Unter einer AR-Darstellung wird dabei eine Darstellung gemäß dem Prinzip der augmentierten Realität (Augmented Reality - AR) verstanden. Die AR-Darstellung ermöglicht einem Benutzer vorteilhaft eine Ansicht der Gesamt-Darstellung innerhalb des realen Arbeitsbereichs, insbesondere in Echtzeit.
Vorzugsweise wird in der AR-Darstellung die Gesamt-Darstellung in dem Arbeitsbereich, insbesondere in der optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs, dargestellt, indem die Gesamt- Darstellung mit dem Arbeitsbereich, insbesondere mit der optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs, überblendet wird. Dies stellt eine besonders einfache und insbesondere wenig rechenintensive und daher ressourcenschonende Ausgestaltung zur Erzeugung der AR- Darstellung dar. 17
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Darstellungsmodul eingerichtet ist, um in der Gesamt-Darstellung oder in der AR-Darstellung wenigstens ein Koordinatensystem, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem Bauebenen- Koordinatensy stem und dem Bauplan-Koordinatensystem, darzustellen. Dies erlaubt einem Benutzer vorteilhaft einen genauen Überblick über das wenigstens eine Koordinatensystem im Kontext der Gesamt-Darstellung oder der AR-Darstellung.
Alternativ oder zusätzlich ist das Darstellungsmodul eingerichtet, um in der Gesamt-Darstellung oder in der AR-Darstellung Bestrahlungsvektoren für die generative Fertigung eines Bauteils in dem Arbeitsbereich darzustellen. Dies erlaubt einem Benutzer vorteilhaft eine Betrachtung und gegebenenfalls unmittelbar zugängliche Manipulation der Bestrahlungsvektoren.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des optischen Arb eits Strahls in dem Arbeitsbereich über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt also die Richtung oder Orientierung der Verlagerung ein. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausrichtmodul eingerichtet ist, um Lageinformationen entlang einer sich senkrecht zu der Bauebene erstreckenden Koordinate mit wenigstens einem Koordinatensystem zu verknüpfen, wobei das wenigstens eine Koordinatensystem ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem Bauebenen- Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem. Auf diese Weise können vorteilhaft 3D-Höheninformationen mit dem wenigstens einen Koordinatensystem verknüpft werden. Beispielsweise kann so eine dreidimensionale Lage des Vorformlings in dem Arbeitsbereich bestimmt werden, insbesondere zum Zweck der Justage oder zum Ermitteln der Lage des Vorformlings relativ zu einer Substratplatte, und/oder zur Feststellung einer Null-Höhenlage. Die Lageinformationen entlang der sich senkrecht zu der Bauebene erstreckenden Koordinate können vorteilhaft beispielsweise mittels Streifenprojektion oder anderer geeigneter Verfahren gewonnen werden.
Auch andere Informationen können alternativ oder zusätzlich mit dem wenigstens einem Koordinatensystem verknüpft werden, beispielsweise Informationen über eine Oberflächentextur insbesondere des wenigstens einen Vorformlings. 18
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausrichtmodul eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen der Fertigungsvorrichtung relativ zu mindestens einem Koordinatensystem auszurichten, wobei das wenigstens eine Koordinatensystem ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem. Auf diese Weise können vorteilhaft mehrere optische Arbeitsstrahlen relativ zu dem mindestens ein Koordinatensystem und damit zugleich relativ zueinander ausgerichtet werden, was die Genauigkeit der Fertigung des herzustellenden Bauteils insbesondere dann erhöht, wenn die mehreren optischen Arbeitsstrahlen zur Herstellung desselben Bauteils - insbesondere zur Herstellung verschiedener Bereiche desselben Bauteils - verwendet werden.
Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass eine Mehrzahl verschiedener Sensoreinrichtungen, insbesondere erster und/oder zweiter Sensoreinrichtungen, miteinander fusioniert oder kombiniert werden. Dabei können insbesondere verschiedenartige und/oder gleichartige Sensoreinrichtungen miteinander fusioniert oder kombiniert werden. Insbesondere ist es möglich, eine Mehrzahl von Kamerabildern verschiedener Kameras miteinander zu fusionieren. Auch ist es möglich, eine Mehrzahl zweiter Sensoreinrichtungen, welche einen optischen Arbeitsstrahl verwenden, miteinander zu fusionieren oder zu kombinieren, insbesondere wenn eine die Messvorrichtung aufweisende Befestigungsvorrichtung eine Mehrzahl optischer
Arbeitsstrahlen aufweist. Dabei kann insbesondere jeder optische Arbeitsstrahl einer eigenen zweiten Sensoreinrichtung zugeordnet sein. Vorteilhaft kann damit zugleich eine Registrierung der verschiedenen optischen Arbeitsstrahlen relativ zueinander gewährleistet werden.
Die Messvorrichtung ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahleinrichtung aufweist, wobei die Strahleinrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen von wenigstens einem optischen Arb eits strahl, um ein Bauteil mittels des wenigstens einen optischen Arb eits Strahls generativ aus einem
Pulvermaterial zu fertigen. Die Fertigungsvorrichtung weist außerdem einen in einer Bauebene angeordneten Arbeitsbereich auf, der eingerichtet ist zum generativen Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial in dem Arbeitsbereich. Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung wenigstens eine Scannereinrichtung auf, die eingerichtet ist zum Verlagern des wenigstens einen optischen 19
Arbeitsstrahls in dem Arbeitsbereich. Die Fertigungsvorrichtung weist eine Steuereinrichtung auf, die mit der wenigstens einen Scannereinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die wenigstens eine Scannereinrichtung zum Verlagern des wenigstens einen optischen Arbeitsstrahls in dem Arbeitsbereich anzusteuern. Die Fertigungsvorrichtung weist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung oder eine Messvorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Messvorrichtung beschrieben wurden.
Das Auswahlmodul, das Ausrichtmodul und vorzugsweise das Darstellungsmodul sind bevorzugt Teil der Steuereinrichtung oder in die Steuereinrichtung implementiert. Insbesondere sind bevorzugt die Funktionen des Auswahlmoduls, des Ausrichtmoduls und vorzugsweise des Darstellungsmoduls in die Steuereinrichtung implementiert oder werden von der Steuereinrichtung übernommen.
Die Fertigungsvorrichtung ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahleinrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Strahleinrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen eine Mehrzahl von jeweils zugeordneten Scannereinrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannereinrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannereinrichtung hierfür eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Scannereinrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannereinrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den optischen Arbeitsstrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern. 20
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen optischen Arbeitsstrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden
Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschub karte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung eine RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Bevorzugt ist die Strahleinrichtung als Laser ausgebildet. Der optische Arbeitsstrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintem, einem selektiven Laserschmelzen, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung eine Ausgabevorrichtung aufweist, die mit der Messvorrichtung, insbesondere mit dem Darstellungsmodul, wirkverbunden und eingerichtet ist, um zumindest eine durch das Darstellungsmodul berechnete Darstellung auszugeben, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der Gesamt-Darstellung und der AR-Darstellung. Die Ausgabevorrichtung ist in bevorzugter Ausgestaltung als Bildschirm oder Monitor, Head-Up-Display, oder als Datenbrille, insbesondere 3D-Brille, ausgebildet. 21
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei ein erster Erfassungsbereich eines in einer Bauebene angeordneten Arbeitsbereichs der Fertigungsvorrichtung mit einer ersten Messgenauigkeit erfasst wird. Es wird wenigstens ein Interessenbereich innerhalb des ersten Erfassungsbereichs ausgewählt. Der wenigstens eine ausgewählte Interessenbereich wird mit einer zweiten Messgenauigkeit erfasst, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit. Schließlich wird wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs bestimmt, wobei die wenigstens eine Ausrichtung ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Winkelausrichtung und einer Translationsausrichtung. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Messvorrichtung und der Fertigungsvorrichtung erläutert wurden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren mindestens einen Verfahrensschritt, der zuvor explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Messvorrichtung oder der Fertigungsvorrichtung erläutert wurde.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Winkelausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand wenigstens eines erfassten Bereichs bestimmt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich und dem erfassten Interessenbereich. Die Translationsausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem wird anhand des erfassten Interessenbereichs bestimmt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine geometrische Lage von wenigstens einem Vorformling in der Bauebene relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem ermittelt wird, wobei das wenigstens eine Koordinatensystem ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem. Sodann wird vorzugsweise ein Bauteil auf dem Vorformling generativ aufgebaut.
Vorzugsweise wird wenigstens ein Lagebestimmungsmerkmal des Vorformlings erkannt, und die geometrische Lage des Vorformlings wird ermittelt, indem eine geometrische Lage des wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmals relativ zu wenigstens einem der Koordinatensysteme festgelegt 22 wird. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmal ausgerichtet.
Vorzugsweise wird als die erste Sensoreinrichtung eine optische Sensoreinrichtung verwendet, die eingerichtet ist, um eine optische Abbildung des ersten Erfassungsbereichs aufzunehmen. Besonders bevorzugt wird als die erste Sensoreinrichtung mindestens eine Kamera, insbesondere eine Pulverbettkamera, verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird als die zweite Sensoreinrichtung eine Sensoreinrichtung verwendet, die eingerichtet ist, um eine Scannereinrichtung zur Verlagerung eines optischen Arb ei ts Strahls der generativen Fertigungsvorrichtung in dem Arbeitsbereich anzusteuern, wobei Signalwerte von aus einem Wechselwirkungsbereich des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich ausgehender elektromagnetischer Strahlung ortsabhängig erfasst werden, wobei jedem Ort der Verlagerung des optischen Arb ei ts Strahls in dem Arbeitsbereich ein Signalwert zugeordnet wird, und wobei eine Abbildung des Arbeitsbereichs aus den ortsabhängig erfassten Signalwerten erhalten wird.
Vorzugsweise werden die Signalwerte mittels einer auf einer optischen Achse des optischen Arb ei ts Strahls angeordneten, bevorzugt wenigstens eine Fotodiode aufweisenden Detektionseinrichtung ortsabhängig erfasst, indem ein Ausgangssignal der Detektionseinrichtung zeitabhängig einem synchronen Zustand der Scannereinrichtung zugeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt der Arbeitsbereich durch eine Wärmebildkamera erfasst, wobei die Signalwerte durch Aufnahme eines Wärmebilds mit der Wärmebildkamera ortsabhängig erfasst werden.
Vorzugsweise wird der wenigstens einen Interessenbereich automatisch ausgewählt. Alternativ oder zusätzlich wird der wenigstens eine Interessenbereich durch einen Benutzer der Messvorrichtung - insbesondere manuell - ausgewählt.
Vorzugsweise wird zumindest eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, automatisch bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird die mindestens eine Ausrichtung durch einen Benutzer der Messvorrichtung - insbesondere manuell - bestimmt. 23
Vorzugsweise wird eine Gesamt-Darstellung des Interessenbereichs in dem erfassten Erfassungsbereich berechnet, insbesondere indem eine zweite Darstellung des Interessenbereichs einer ersten Darstellung des erfassten Erfassungsbereichs überblendet wird, und/oder in dem die erste Darstellung des erfassten Erfassungsbereichs mit der zweiten Darstellung des Interessenbereichs zu der Gesamt-Darstellung verrechnet wird.
Vorzugsweise wird eine AR-Darstellung des Arbeitsbereichs derart berechnet, dass in der AR- Darstellung die Gesamt-Darstellung in dem Arbeitsbereich, insbesondere in einer - insbesondere in Echtzeit aufgenommenen - optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs, dargestellt wird, vorzugsweise durch Überblendung der Gesamt-Darstellung mit dem Arbeitsbereich, insbesondere mit der optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs.
Vorzugsweise wird in der Gesamt-Darstellung oder in der AR-Darstellung wenigstens ein Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan- Koordinatensystem, dargestellt. Alternativ oder zusätzlich werden in der AR-Darstellung oder in der Gesamt-Darstellung Bestrahlungsvektoren für die generative Fertigung eines Bauteils in dem Arbeitsbereich dargestellt.
Vorzugsweise werden Lageinformationen entlang einer sich senkrecht zu der Bauebene erstreckenden Koordinate mit wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, verknüpft.
Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen der Fertigungsvorrichtung relativ zu mindestens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, ausgerichtet.
Als Strahleinrichtung wird vorzugsweise ein Laser verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels eines Verfahrens gefertigt, dass ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem selektiven Laserschmelzen, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS).
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden. 24
Die Aufgabe wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem
Pulvermaterial mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem
Pulvermaterial mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum generativen Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial 4 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 5.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine Strahleinrichtung 7 auf, die eingerichtet ist, um wenigstens einen optischen Arbeitsstrahl 9 zu erzeugen. Die Fertigungsvorrichtung 1 ist außerdem eingerichtet, um mittels des wenigstens einen optischen Arb ei ts Strahls 9 das Bauteil 3 generativ aus dem Pulvermaterial 4 zu fertigen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem einen in einer Bauebene 11 angeordneten Arbeitsbereich 13 auf, wobei in dem Arbeitsbereich 13 das Bauteil 3 generativ aus dem Pulvermaterial 4 gefertigt werden kann. Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Scannereinrichtung 15 auf, die eingerichtet ist, um den wenigstens einen optischen Arbeitsstrahl 9 in dem Arbeitsbereich 13 zu verlagern. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 17 auf, die mit der wenigstens einen Scannereinrichtung 15 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die wenigstens eine Scannereinrichtung 15 zum Verlagern des wenigstens einen optischen Arbeitsstrahls 9 in dem Arbeitsbereich 13 anzusteuern.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist außerdem die Messvorrichtung 5 auf. Diese ist eingerichtet, um ein Bauplan-Koordinatensystem auf ein Bauebenen-Koordinatensystem des Arbeitsbereichs 13 auszurichten. Hierzu weist die Messvorrichtung 5 eine erste Sensoreinrichtung 19 auf, die eingerichtet ist, um einen ersten Erfassungsbereich 21 des Arbeitsbereichs 13, insbesondere den gesamten Arbeitsbereich 13, mit einer ersten Messgenauigkeit zu erfassen. Die Messvorrichtung 5 weist ein bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in die Steuereinrichtung 17 implementiertes Auswahlmodul 23 auf, das eingerichtet ist, um wenigstens einen Interessenbereich 25, insbesondere als einen zweiten Erfassungsbereich 27, innerhalb des ersten Erfassungsbereichs 21 auszuwählen. Außerdem weist die Messvorrichtung 5 eine zweite 25
Sensoreinrichtung 29 auf, die eingerichtet ist, um den wenigstens einen ausgewählten Interessenbereich 25 mit einer zweiten Messgenauigkeit zu erfassen. Die zweite Messgenauigkeit ist höher als die erste Messgenauigkeit. Die Messvorrichtung 5 weist außerdem ein bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in die Steuereinrichtung 17 implementiertes Ausrichtmodul 31 auf, das eingerichtet ist, um wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus einer Winkelausrichtung und einer Translationsausrichtung, anhand des erfassten Interessenbereichs 25 zu bestimmen. Dies ermöglicht insbesondere eine Sensorfusion der ersten Sensoreinrichtung 19 mit der zweiten Sensoreinrichtung 29, insbesondere bevorzugt eine multiskalige Sensorfusion, insbesondere auf verschiedenen Längenskalen.
Das Ausrichtmodul 31 ist bevorzugt eingerichtet, um die Winkelausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand wenigstens eines erfassten Bereichs, ausgewählt aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich 21 und dem erfassten Interessenbereich 25, zu bestimmen, und um die Translationsausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs 25 zu bestimmen.
Bevorzugt ist das Ausrichtmodul 31 eingerichtet, um wenigstens ein Lagebestimmungsmerkmal 33 von wenigstens einem in dem Arbeitsbereich 13 angeordneten Vorformling 35 zu erkennen, und um eine geometrische Lage des wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmals 33 relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, festzulegen. Alternativ oder zusätzlich ist das Ausrichtmodul 31 eingerichtet, um das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmal 33 auszurichten, wobei in diesem Fall das Bauplan- Koordinatensystem bevorzugt implizit auf das durch das Lagebestimmungsmerkmal definierte Bauebenen-Koordinatensystem ausgerichtet wird.
Bevorzugt ist die erste Sensoreinrichtung 19 als optische Sensoreinrichtung ausgebildet, die eingerichtet ist, um eine optische Abbildung des ersten Erfassungsbereichs 21 aufzunehmen. Bevorzugt weist die erste Sensoreinrichtung 19 eine Kamera 37 auf. Besonders bevorzugt ist die erste Sensoreinrichtung 19 als Pulverbettkamera ausgebildet.
Vorzugsweise ist die zweite Sensoreinrichtung 29 eingerichtet, um die Scannereinrichtung 15 zur Verlagerung des optischen Arbeitsstrahls 9 in dem Arbeitsbereich 13 anzusteuern, um Signalwerte 26 von aus einem Wechselwirkungsbereich 39 des optischen Arb eits Strahls 9 in dem Arbeitsbereich 13 ausgehender elektromagnetischer Strahlung 40 ortsabhängig zu erfassen, wobei jedem Ort der Verlagerung des optischen Arb eits Strahls 9 in dem Arbeitsbereich 13 ein Signalwert zugeordnet wird, und um eine Abbildung des Arbeitsbereichs 13 aus den ortsabhängig erfassten Signalwerten zu erhalten.
Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 5 weist die zweite Sensoreinrichtung 29 eine auf einer optischen Achse A des optischen Arb eits Strahls 9 angeordnete, bevorzugt wenigstens eine Fotodiode aufweisende Detektionseinrichtung 41 auf. Dabei ist die zweite Sensoreinrichtung 29 eingerichtet, um die Signalwerte ortsabhängig zu erfassen, indem ein Ausgangssignal der Detektionseinrichtung 41 zeitabhängig einem synchronen Zustand der Scannereinrichtung 15 zugeordnet wird.
Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist die zweite Sensoreinrichtung 29 einen Umlenkspiegel 42 auf, über den der optische Arbeitsstrahl 9 umgelenkt wird, wobei die Reflektivität des Umlenkspiegels 42 kleiner ist als 100 %, sodass ein Anteil der entlang der optischen Achse A abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung 40 durch den Umlenkspiegel 42 hindurchtritt und auf die hinter dem Umlenkspiegel 42 angeordnete Detektionseinrichtung 41 fällt.
Das Auswahlmodul 23 ist bevorzugt eingerichtet, um den wenigstens einen Interessenbereich 25 automatisch auszuwählen. Alternativ oder zusätzlich weist die Messvorrichtung 5, hier insbesondere die Steuereinrichtung 17, eine Nutzer-Schnittstelle 43 auf, über welche eine Auswahl des wenigstens einen Interessenbereichs 25 durch einen Benutzer der Messvorrichtung 5 möglich ist.
Das Ausrichtmodul 31 ist bevorzugt eingerichtet, um zumindest eine Ausrichtung, ausgewählt aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem automatisch zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist die Nutzer-Schnittstelle 43 bevorzugt derart eingerichtet, dass über diese die zumindest eine Ausrichtung durch den Benutzer der Messvorrichtung 5 gewählt werden kann.
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung 5 ein Darstellungsmodul 45 auf, das eingerichtet ist, um eine Gesamt-Darstellung des Interessenbereichs 25 in dem ersten Erfassungsbereich 21 zu berechnen, insbesondere durch Überblenden einer ersten Darstellung des ersten Erfassungsbereichs 21 mit einer zweiten Darstellung des Interessenbereichs 25, und/oder durch 27
Verrechnen der ersten Darstellung des ersten Erfassungsbereichs 21 mit der zweiten Darstellung des Interessenbereichs 25 zu der Gesamt-Darstellung.
Bevorzugt ist das Darstellungsmodul 45 eingerichtet, um eine AR-Darstellung des Arbeitsbereichs 13 derart zu berechnen, dass in der AR-Darstellung die Gesamt-Darstellung in dem Arbeitsbereich 13, insbesondere in einer - insbesondere in Echtzeit aufgenommenen - optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs 13, dargestellt wird, vorzugsweise durch Überblendung der Gesamt-Darstellung mit dem Arbeitsbereich 13, insbesondere mit der optischen Aufnahme des Arbeitsbereichs 13.
Bevorzugt ist das Darstellungsmodul 45 eingerichtet, um in der Gesamt-Darstellung oder in der AR-Darstellung wenigstens ein Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen- Koordinatensystem und dem Bauplan Koordinatensystem, darzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist das Darstellungsmodul 45 eingerichtet, um in der Gesamt-Darstellung oder in der AR- Darstellung Bestrahlungsvektoren für die generative Fertigung des Bauteils 3 in dem Arbeitsbereich 13 darzustellen.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist bevorzugt eine Ausgabevorrichtung 47 auf, die mit der Messvorrichtung 5, insbesondere mit dem Darstellungsmodul 45, hier insbesondere mit der Steuereinrichtung 17, wirkverbunden und eingerichtet ist, um zumindest eine durch das Darstellungsmodul 45 berechnete Darstellung, ausgewählt aus der Gesamt-Darstellung und der AR-Darstellung, auszugeben.
Bevorzugt ist das Ausrichtmodul 31 eingerichtet, um Lageinformationen entlang einer sich senkrecht zu der Bauebene 11 erstreckenden Koordinate mit wenigstens einem Koordinatensystem zu verknüpfen, das ausgewählt ist aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan- Koordinatensy stem .
Vorzugsweise ist das Ausrichtmodul 31 eingerichtet, um eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen 9 der Fertigungsvorrichtung 1 relativ zu mindestens einem Koordinatensystem auszurichten, das ausgewählt ist aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan- Koordinatensystem.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 zum generativen Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial 4 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 5. 28
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 5 weist die zweite Sensoreinrichtung 29 eine Wärmebildkamera 49 auf, die angeordnet und eingerichtet ist, um den Arbeitsbereich 13 zu erfassen, wobei die zweite Sensoreinrichtung 29 eingerichtet ist, um die Signalwerte durch Aufnahme eines Wärmebilds mit der Wärmebildkamera 49 ortsabhängig zu erfassen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Fertigungsvorrichtung 1 wird erster Erfassungsbereich 21 mit einer ersten Messgenauigkeit erfasst. Der wenigstens eine Interessenbereich 25 wird innerhalb des ersten Erfassungsbereichs 21 ausgewählt, und der wenigstens eine ausgewählte Interessenbereich 25 wird mit einer zweiten Messgenauigkeit erfasst, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit. Wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, wird anhand des erfassten Interessenbereichs 25 bestimmt. Vorzugsweise wird die Winkelausrichtung anhand wenigstens eines erfassten Bereichs, ausgewählt aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich 21 und dem erfassten Interessenbereich 25, bestimmt, während die Translationsausrichtung anhand des erfassten Interessenbereichs 25 bestimmt wird.
Vorzugsweise wird eine geometrische Lage des wenigstens einen Vorformlings 35 in der Bauebene 11 relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen- Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, ermittelt, und das Bauteil 3 wird auf dem Vorformling 35 generativ aufgebaut.

Claims

29 ANSPRÜCHE
1. Messvorrichtung (5) zum Ausrichten eines Bauplan-Koordinatensystems auf ein Bauebenen- Koordinatensy stem eines in einer Bauebene (11) angeordneten Arbeitsbereichs (13) einer generativen Fertigungsvorrichtung (1), mit
- einer ersten Sensoreinrichtung (19), die eingerichtet ist, um einen ersten Erfassungsbereich (21) des Arbeitsbereichs (13) mit einer ersten Messgenauigkeit zu erfassen,
- einem Auswahlmodul (23), das eingerichtet ist, um wenigstens einen Interessenbereich (25) innerhalb des ersten Erfassungsbereichs (21) auszuwählen,
- einer zweiten Sensoreinrichtung (29), die eingerichtet ist, um den wenigstens einen ausgewählten Interessenbereich (25) mit einer zweiten Messgenauigkeit zu erfassen, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit, und mit
- einem Ausrichtmodul (31), das eingerichtet ist, um wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem, ausgewählt aus einer Winkelausrichtung und einer Translationsausrichtung, anhand des erfassten Interessenbereichs (25) zu bestimmen.
2. Messvorrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei das Ausrichtmodul (31) eingerichtet ist, um die
Winkelausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-
Koordinatensystem anhand wenigstens eines erfassten Bereichs, ausgewählt aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich (21) und dem erfassten Interessenbereich (25), zu bestimmen, und um die Translationsausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs (25) zu bestimmen.
3. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtmodul (31) eingerichtet ist, um wenigstens ein Lagebestimmungsmerkmal (33) von wenigstens einem in dem Arbeitsbereich (13) angeordneten Vorformling (35) zu erkennen, und um
- eine geometrische Lage des wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmals (33) relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-
Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, festzulegen, und/oder
- das Bauplan-Koordinatensystem relativ zu dem wenigstens einen Lagebestimmungsmerkmal (33) auszurichten. 30
4. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinrichtung (19) als optische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die eingerichtet ist, um eine optische Abbildung des ersten Erfassungsbereichs (21) aufzunehmen, wobei die erste Sensoreinrichtung (19) vorzugsweise mindestens eine Kamera (37) aufweist.
5. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Sensoreinrichtung (29) eingerichtet ist, um
- eine Scannereinrichtung (15) zur Verlagerung eines optischen Arb ei ts Strahls (9) der generativen Fertigungsvorrichtung (1) in dem Arbeitsbereich (13) anzusteuern,
- Signalwerte von aus einem Wechselwirkungsbereich (39) des optischen Arb ei ts Strahls (9) in dem Arbeitsbereich (13) ausgehender elektromagnetischer Strahlung (40) ortsabhängig zu erfassen, wobei jedem Ort der Verlagerung des optischen Arb ei ts Strahls (9) in dem Arbeitsbereich (13) ein Signalwert zugeordnet wird, und um
- eine Abbildung des Arbeitsbereichs (13) aus den ortsabhängig erfassten Signalwerten zu erhalten.
6. Messvorrichtung (5) nach Anspruch 5, wobei die zweite Sensoreinrichtung (29) eine auf einer optischen Achse (A) des optischen Arb ei ts Strahls (9) angeordnete Detektionseinrichtung (41) aufweist und eingerichtet ist, um den Signalwert ortsabhängig zu erfassen, indem ein Ausgangssignal der Detektionseinrichtung (41) zeitabhängig einem synchronen Zustand der Scannereinrichtung (15) zugeordnet wird, und/oder eine Wärmebildkamera (49) aufweist, die angeordnet und eingerichtet ist, um den Arbeitsbereich (13) zu erfassen, wobei die zweite Sensoreinrichtung (29) eingerichtet ist, um den Signalwert durch Aufnahme eines Wärmebilds mit der Wärmebildkamera (49) ortsabhängig zu erfassen.
7. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auswahlmodul (23) eingerichtet ist, um
- den wenigstens einen Interessenbereich (25) automatisch auszuwählen, und/oder
- eine Nutzer-Schnittstelle (43) bereitzustellen, die eine Auswahl des wenigstens einen Interessenbereichs (25) durch einen Benutzer der Messvorrichtung (5) ermöglicht. 31
8. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtmodul (31) eingerichtet ist, um
- zumindest eine Ausrichtung, ausgewählt aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem automatisch zu bestimmen, und/oder
- eine Nutzer-Schnittstelle (43) bereitzustellen, die zumindest eine Ausrichtung, ausgewählt aus der Winkelausrichtung und der Translationsausrichtung, des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem durch einen Benutzer der Messvorrichtung (5) ermöglicht.
9. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (5) ein Darstellungsmodul (45) aufweist, das eingerichtet ist, um eine Gesamt-Darstellung des Interessenbereichs (25) in dem ersten Erfassungsbereich (21) zu berechnen, insbesondere durch
- Überblenden einer ersten Darstellung des ersten Erfassungsbereichs (21) mit einer zweiten Darstellung des Interessenbereichs (25) und/oder
- Verrechnen der ersten Darstellung des ersten Erfassungsbereichs (21) mit der zweiten Darstellung des Interessenbereichs (25) zu der Gesamt-Darstellung.
10. Messvorrichtung (5) nach Anspruch 9, wobei das Darstellungsmodul (45) eingerichtet ist, um eine AR-Darstellung des Arbeitsbereichs (13) derart zu berechnen, dass in der AR-Darstellung die Gesamt-Darstellung in dem Arbeitsbereich (13) dargestellt wird, vorzugsweise durch Überblendung der Gesamt-Darstellung mit dem Arbeitsbereich (13).
11. Messvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Darstellungsmodul (45) eingerichtet ist, um in der Gesamt-Darstellung oder in der AR-Darstellung
- wenigstens ein Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, und/oder
- Bestrahlungsvektoren für die generative Fertigung eines Bauteils (3) in dem Arbeitsbereich (13) darzustellen.
12. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtmodul (31) eingerichtet ist, um Lageinformationen entlang einer sich senkrecht zu der Bauebene (11) erstreckenden Koordinate mit wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, zu verknüpfen. 32
13. Messvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtmodul (31) eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von optischen Arbeitsstrahlen (9) der Fertigungsvorrichtung (1) relativ zu mindestens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan-Koordinatensystem, auszurichten.
14. Fertigungsvorrichtung (1) zum generativen Fertigen eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial (4), mit
- einer Strahleinrichtung (7), die eingerichtet ist zum Erzeugen von wenigstens einem optischen Arbeitsstrahl (9), um ein Bauteil (3) mittels des wenigstens einen optischen Arb ei ts Strahls (9) generativ aus einem Pulvermaterial (4) zu fertigen,
- einem in einer Bauebene (11) angeordneten Arbeitsbereich (13), der eingerichtet ist zum generativen Fertigen eines Bauteils (3) aus dem Pulvermaterial (4) in dem Arbeitsbereich (13),
- wenigstens einer Scannereinrichtung (15), die eingerichtet ist zum Verlagern des wenigstens einen optischen Arbeitsstrahls in dem Arbeitsbereich (13), mit
- einer Steuereinrichtung (17), die mit der wenigstens einen Scannereinrichtung (15) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die wenigstens eine Scannereinrichtung (15) zum Verlagern des wenigstens einen optischen Arbeitsstrahls (9) in dem Arbeitsbereich (13) anzusteuern, und mit
- einer Messvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei die Fertigungsvorrichtung (1) eine Ausgabevorrichtung (47) aufweist, die mit der Messvorrichtung (5), insbesondere mit dem Darstellungsmodul (45), wirkverbunden und eingerichtet ist, um zumindest eine durch das Darstellungsmodul (45) berechnete Darstellung, ausgewählt aus der Gesamt-Darstellung und der AR-Darstellung, auszugeben.
16. Verfahren zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung (1) zum generativen Fertigen eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial (4), wobei ein erster Erfassungsbereich (21) eines in einer Bauebene (11) angeordneten Arbeitsbereichs (13) der Fertigungsvorrichtung (1) mit einer ersten Messgenauigkeit erfasst wird, wobei
- wenigstens ein Interessenbereich (25) innerhalb des ersten Erfassungsbereichs (21) ausgewählt wird, wobei 33 der wenigstens eine ausgewählte Interessenbereich (25) mit einer zweiten Messgenauigkeit erfasst wird, wobei die zweite Messgenauigkeit höher ist als die erste Messgenauigkeit, und wobei
- wenigstens eine Ausrichtung des Bauplan-Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen- Koordinatensystem, ausgewählt aus einer Winkelausrichtung und einer
Translationsausrichtung, anhand des erfassten Interessenbereichs (25) bestimmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Winkelausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand wenigstens eines erfassten Bereichs, ausgewählt aus dem erfassten ersten Erfassungsbereich (21) und dem erfassten Interessenbereich (25), bestimmt wird, und wobei die Translationsausrichtung des Bauplan- Koordinatensystems relativ zu dem Bauebenen-Koordinatensystem anhand des erfassten Interessenbereichs (25) bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei eine geometrische Lage von wenigstens einem Vorformling (35) in der Bauebene (11) relativ zu wenigstens einem Koordinatensystem, ausgewählt aus dem Bauebenen-Koordinatensystem und dem Bauplan- Koordinatensystem, ermittelt wird, und wobei vorzugsweise ein Bauteil (3) auf dem Vorformling (35) generativ aufgebaut wird.
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